实验七分光计的调整和使用 分光计是一种精密测量角度和分光的仪器，利用分光计可以间接测量 折射率、光波波长、色散率，还可以用来进行光谱定性分析，验证里德堡 常数等。 分光计是光学实验的基本仪器，它的调整（如望远镜、平行光管的调 整等)方法在光学仪器调整中颇具代表性。我们实验课中也将多次用到分 光计。了解它的结构、掌握它的调节和使用方法，是本课程的基本要求。 实验目的和学习要求 1.了解分光计的结构，掌握分光计的调整方法和理解调整的原理。 2.学会使用分光计测量角度。 3.学会用分光计测折射率的方法和原理。 4.了解光的色散现象。 实验原理 如图T-1所示，三角形ABC表示三棱镜的横截面，BC为底面，AB、AC 为光学面，两个光学面的夹角A称为三棱镜的顶角。入射光D经三棱镜两 次折射后，沿FR方向出射。入射线D与出射线FR所成的角δ，称为偏向 角，可以证明，如果入射光线和出射 光线处在三棱镜对称位置上，信向角 达到极小值，这时的偏向角称为最小 偏向角δ。m。棱镜玻璃的折射率n与 棱镜顶角A,最小偏向角δm有如下关系。 n=- 图7-1三棱镜的折身 用分光计测出三棱镜的顶角A和最小偏向角δm,就可以算出棱镜材 料的折射率。 仪器介绍 分光计的结构如图7-2，它主要由平行光管、望远镜、载物台和读数 装置组成
1 实验七 分光计的调整和使用 分光计是一种精密测量角度和分光的仪器,利用分光计可以间接测量 折射率、光波波长、色散率，还可以用来进行光谱定性分析，验证里德堡 常数等。 分光计是光学实验的基本仪器，它的调整（如望远镜、平行光管的调 整等）方法在光学仪器调整中颇具代表性。我们实验课中也将多次用到分 光计。了解它的结构、掌握它的调节和使用方法，是本课程的基本要求。 实验目的和学习要求 1．了解分光计的结构，掌握分光计的调整方法和理解调整的原理。 2．学会使用分光计测量角度。 3．学会用分光计测折射率的方法和原理。 4. 了解光的色散现象。 实验原理 如图 7-1 所示，三角形 ABC 表示三棱镜的横截面，BC 为底面，AB、AC 为光学面，两个光学面的夹角 A 称为三棱镜的顶角。入射光 LD 经三棱镜两 次折射后，沿 FR 方向出射。入射线 LD 与出射线 FR 所成的角，称为偏向 角，可以证明，如果入射光线和出射 光线处在三棱镜对称位置上，偏向角 达到极小值，这时的偏向角称为最小 偏向角 min 。棱镜玻璃的折射率 n 与 棱镜顶角 A，最小偏向角 min 有如下关系。 2 sin 2 sin min A A n + = 图 7-1 三棱镜的折射 用分光计测出三棱镜的顶角 A 和最小偏向角 min ，就可以算出棱镜材 料的折射率。 仪器介绍 分光计的结构如图 7-2，它主要由平行光管、望远镜、载物台和读数 装置组成
图7-2分光计的结构 1狭缝装置2狭缝套筒琐紧螺钉3平行光管4载物台5载物台调平螺钉6载 物台琐紧螺钉7望远镜8目镜套筒琐紧螺钉9自准目镜10目镜套筒11望远镜光 轴俯仰调节螺钉12望远镜光轴水平方向调节螺钉13望远镜转动微调螺钉14度盘 止动螺钉15望远镜止动螺钉（在背面）16度盘17游标盘18游标盘微调螺钉19游 标盘止动螺钉20平行光轴水平方向调节螺钉21平行光管光轴俯仰调节螺钉22狭 缝宽度调节螺钉 1.平行光管 平行光管是由狭缝和诱諳组成。拧开螺丝2，可前后移动狭缝套筒1】 使狭缝位于透镜焦平面上，则平行光管射出平行光。狭缝的刀口是经过精 密研磨制成的，为避免损伤狭缝，只有在望远镜中看到狭缝像的情况下才 能调节狭缝的宽度。调节手轮22，可以改变狭缝的宽度。 2.望远错 望远镜是由目镜、分划板、物镜组成，如图7-3，望远镜和分化板它 们分别装在三个套筒中，彼此可以相对移动
2 图 7-2 分光计的结构 1 狭缝装置 2 狭缝套筒琐紧螺钉 3 平行光管 4 载物台 5 载物台调平螺钉 6 载 物台琐紧螺钉 7 望远镜 8 目镜套筒琐紧螺钉 9 自准目镜 10 目镜套筒 11 望远镜光 轴俯仰调节螺钉 12 望远镜光轴水平方向调节螺钉 13 望远镜转动微调螺钉 14 度盘 止动螺钉 15 望远镜止动螺钉（在背面）16 度盘 17 游标盘 18 游标盘微调螺钉 19 游 标盘止动螺钉 20 平行光轴水平方向调节螺钉 21 平行光管光轴俯仰调节螺钉 22 狭 缝宽度调节螺钉 1. 平行光管 平行光管是由狭缝和透镜组成。拧开螺丝 2，可前后移动狭缝套筒 1， 使狭缝位于透镜焦平面上，则平行光管射出平行光。狭缝的刀口是经过精 密研磨制成的，为避免损伤狭缝，只有在望远镜中看到狭缝像的情况下才 能调节狭缝的宽度。调节手轮 22，可以改变狭缝的宽度。 2. 望远镜 望远镜是由目镜、分划板、物镜组成，如图 7-3，望远镜和分化板它 们分别装在三个套筒中，彼此可以相对移动
面转物镜 日镜 图7-3分光计的翅远镜 分划板上刻有±形叉丝，分划板下方小棱镜的直角面上有一个十字形 透光孔，小灯泡发出的光经小棱镜改变光路90°方向后从十字透射孔出射， 当分划板处在物镜的焦平面上时，十字透光孔出射光经物镜后成为平行光 若用一垂直于望远镜光轴的平面镜将此平行光反射回来，则成像在分划板 上方十字叉丝上，如图7-7(c)。 望远镜可以单独绕中心轴转，也可以与刻度盘固定一起绕中心轴转。 3.载物台 载物台用来放置待测件或分光元件，台面下方三个螺丝B,B,B,(如 图7-9)，用来调节台面倾斜度。松开螺丝6，可以升降载物台。拧紧螺丝 6可将载物台与游标盘17固定在一起，此时松开螺丝19，载物台随游标盘 转动，并可以通过游标读数装置读出载物台转过的角度。 4.读数装置 这是一种测侧量角度的游标读数装置称为角游标或圆游标，由刻度盘与 游标盘组成。刻度盘是主尺分为360°，JJY型分光计主尺的最小刻度为30， 游标有30个分度，分度值为1'。读数时，从游标零线所对的刻度盘读出 0.5°以上的“度”数，再从与刻度盘某刻度对齐的游标刻线读出“分”数。 两数相加为角度读数。图7-4读数为11612'。 为了消除刻度盘中心与 转轴中心之间的偏心差，在 0 游标盘同一直径的两端各装 一游标。测量时，两个游标 都应读数，然后算出每个游 标始、末两次的读数的差， 120 再取平均值。这个平均值才 是转动的角度。 图7-4角游标 实验内容及调整步骤 分光计的调整要求是：
3 图 7-3 分光计的望远镜 分划板上刻有±形叉丝，分划板下方小棱镜的直角面上有一个十字形 透光孔，小灯泡发出的光经小棱镜改变光路 90方向后从十字透射孔出射， 当分划板处在物镜的焦平面上时，十字透光孔出射光经物镜后成为平行光， 若用一垂直于望远镜光轴的平面镜将此平行光反射回来，则成像在分划板 上方十字叉丝上，如图 7-7（c）。 望远镜可以单独绕中心轴转，也可以与刻度盘固定一起绕中心轴转。 3. 载物台 载物台用来放置待测件或分光元件，台面下方三个螺丝 B1 B2 B3 （如 图 7-9），用来调节台面倾斜度。松开螺丝 6，可以升降载物台。拧紧螺丝 6 可将载物台与游标盘 17 固定在一起，此时松开螺丝 19，载物台随游标盘 转动，并可以通过游标读数装置读出载物台转过的角度。 4. 读数装置 这是一种测量角度的游标读数装置称为角游标或圆游标，由刻度盘与 游标盘组成。刻度盘是主尺分为 360，JJY 型分光计主尺的最小刻度为 30， 游标有 30 个分度，分度值为 1。读数时，从游标零线所对的刻度盘读出 0.5以上的“度”数，再从与刻度盘某刻度对齐的游标刻线读出“分”数。 两数相加为角度读数。图 7-4 读数为 11612。 为了消除刻度盘中心与 转轴中心之间的偏心差，在 游标盘同一直径的两端各装 一游标。测量时，两个游标 都应读数，然后算出每个游 标始、末两次的读数的差， 再取平均值。这个平均值才 是转动的角度。 图 7-4 角游标 实验内容及调整步骤 分光计的调整要求是：
1.望远镜调焦于无穷远，即望远镜能将平行光会聚成像于焦平面上： 2.望远镜光轴垂直于分光计主轴： 3.平行光管发出平行光： 4.平行光管光轴垂直于分光计主轴，并与望远镜光轴在同一平面内 调节前，应对照实物和结构图熟悉仪器，了解各个调节螺钉的作用。 调节时要先粗调后再细调。 分光计调整的步聚： (一)目测粗调（凭眼睛观察判断） 调节望远镜和平行光管光轴尽量使它们与刻度盘平行：调节载物台尽 量使它们与刻度盘平行（即与主轴垂直） (一)细调 1.调节望远镜适合于观察平行光。 (①)目镜视度调节：使望远镜适合操作者眼晴的视度。转动目镜视度调 节手轮10，从目镜中看到分划板的黑色叉丝清晰。调好后，整个实验中不 再转动螺钉10。 (2)接通望远镜上的小灯，并按图7-5把平面镜放到载物台上，缓慢转 动载物台，从望远镜中仔细寻找平面镜的两个面是否都有绿光团反射回来。 若找不到绿光团，多半原因是粗调还未达到要求，应重新进行粗调。 (3)找到绿光团后，松开目镜锁紧螺钉8，前后抽动目镜套筒，使绿色 光团变成清晰的绿十字像。仔细抽动目镜套筒直到绿十字像与黑色叉丝间 无视差。锁定螺钉8，整个实验中不再抽动目镜套筒。则望远镜己适合于 观察平行光。 OB ☒日 图7-5平面镜的放置 图7-6寻找反射的绿色光斑（或绿十字像） 2.望远镜光轴垂直于分光计主轴 (1)转动载物台，使平面镜转动180°，从目镜中找到反射回来的绿十 字像（图7-7a) (②)调节望远镜俯仰螺钉11，使绿十字像向分划板上方黑十字叉丝移 近一半距离（图7-7b)
4 1．望远镜调焦于无穷远，即望远镜能将平行光会聚成像于焦平面上； 2．望远镜光轴垂直于分光计主轴； 3．平行光管发出平行光； 4．平行光管光轴垂直于分光计主轴，并与望远镜光轴在同一平面内。 调节前，应对照实物和结构图熟悉仪器，了解各个调节螺钉的作用。 调节时要先粗调后再细调。 分光计调整的步骤： （一）目测粗调（凭眼睛观察判断） 调节望远镜和平行光管光轴尽量使它们与刻度盘平行；调节载物台尽 量使它们与刻度盘平行（即与主轴垂直） （二） 细调 1. 调节望远镜适合于观察平行光。 ⑴目镜视度调节：使望远镜适合操作者眼睛的视度。转动目镜视度调 节手轮 10，从目镜中看到分划板的黑色叉丝清晰。调好后，整个实验中不 再转动螺钉 10。 ⑵接通望远镜上的小灯，并按图 7-5 把平面镜放到载物台上，缓慢转 动载物台，从望远镜中仔细寻找平面镜的两个面是否都有绿光团反射回来。 若找不到绿光团，多半原因是粗调还未达到要求，应重新进行粗调。 ⑶找到绿光团后，松开目镜锁紧螺钉 8，前后抽动目镜套筒，使绿色 光团变成清晰的绿十字像。仔细抽动目镜套筒直到绿十字像与黑色叉丝间 无视差。锁定螺钉 8，整个实验中不再抽动目镜套筒。则望远镜已适合于 观察平行光。 图 2．望远镜光轴垂直于分光计主轴 ⑴ 转动载物台，使平面镜转动 180，从目镜中找到反射回来的绿十 字像（图 7-7 a） ⑵ 调节望远镜俯仰螺钉 11，使绿十字像向分划板上方黑十字叉丝移 近一半距离（图 7-7 b）。 ○B1 ○ B3 ○ B2 。 。 。 图 7-5 平面镜的放置 图 7-6 寻找反射的绿色光斑（或绿十字像）
3)调节螺钉B,使绿十字像与分划板上方黑十字叉丝重合（图7-7 c)。这种各调一半的方法叫做“半调法”。 (④)重复①②③。反复调整，直到平面镜两面反射回来的绿十字像都能 与分划板上方黑十字叉丝重合。 (⑤望远镜调整完毕，以下平行光管和载物台上光学元件的调节都将以 此为基准，望远镜光轴的俯仰、望远镜的调焦状态在整个实验中都不要再 改变。 上叉 纵丝 ⊙入丝 (a)绿十字偏离上 (b)调节望远镜螺丝11 (C)调载物台螺丝B1,再减少12 叉丝中央 减少12偏离 偏离使绿十字回到上叉丝中央 图7-7调节望远镜光轴 (⑥)望远镜调节中的两个问题及解决办法： ①找不到从平面镜反射回来的绿色光团（或十字像）。 这是由于反射像太偏上或太偏下，不能茨在翅远镜的视场内。这时 旋转载物台，平面镜法线偏离望远镜一个小角度，从望远镜外侧向平面镜 内寻找绿色光团（或绿十字像），如图7-6，使当眼镜与望远镜等高时看 到绿光团位于平面镜的中下部分或平面镜的项部，这时，用“半调法”调 节螺钉11和B,把绿光团调到平面镜中上部分，此时再转动载物台，使 平面镜的法线对向望远镜，从目镜中就能看到绿色光斑（或绿十字像）。 ②左右转动望远镜（或微微转动载物台）时，绿十 字像移动方向与水平叉丝成一小角度，如 图7-8。这是由于分划板没有放正，竖直 叉丝不平行于分光计主轴。应松开目镜锁 紧螺钉8，转动目镜套筒（分划板随之转 动)，直到绿十字像始终沿水平叉丝移动。 图78分划板领斜导致绿十字像 分划板转正后，应重新消除视差，再锁定 移动方向与水平叉丝成一小角度 螺钉8。 3.调整平行光管 (1)周光轴：取下平面镜，开亮钠光红，松开狭锋锁紧螺钉2，将列 缝1转成水平，从望远镜中看到狭缝的像，若不清晰，可前后抽动狭缝使 像清晰：调节平行光管俯仰螺钉21，使狭缝的像重合于分划板中央的水平
5 ⑶ 调节螺钉 B1 ，使绿十字像与分划板上方黑十字叉丝重合（图 7-7 c）。这种各调一半的方法叫做“半调法”。 ⑷ 重复。反复调整，直到平面镜两面反射回来的绿十字像都能 与分划板上方黑十字叉丝重合。 ⑸ 望远镜调整完毕，以下平行光管和载物台上光学元件的调节都将以 此为基准，望远镜光轴的俯仰、望远镜的调焦状态在整个实验中都不要再 改变。 ⑹ 望远镜调节中的两个问题及解决办法。 ① 找不到从平面镜反射回来的绿色光团（或十字像）。 这是由于反射像太偏上或太偏下，不能落在望远镜的视场内。这时可 旋转载物台，平面镜法线偏离望远镜一个小角度，从望远镜外侧向平面镜 内寻找绿色光团（或绿十字像），如图 7-6，使当眼镜与望远镜等高时看 到绿光团位于平面镜的中下部分或平面镜的顶部，这时，用“半调法”调 节螺钉 11 和 B1 ，把绿光团调到平面镜中上部分，此时再转动载物台，使 平面镜的法线对向望远镜，从目镜中就能看到绿色光斑(或绿十字像)。 ② 左右转动望远镜(或微微转动载物台)时，绿十 字像移动方向与水平叉丝成一小角度，如 图 7-8。这是由于分划板没有放正，竖直 叉丝不平行于分光计主轴。应松开目镜锁 紧螺钉 8，转动目镜套筒（分划板随之转 动），直到绿十字像始终沿水平叉丝移动。 分划板转正后，应重新消除视差，再锁定 螺钉 8。 3. 调整平行光管 (1) 调光轴：取下平面镜，开亮钠光灯，松开狭缝锁紧螺钉 2，将狭 缝 1 转成水平，从望远镜中看到狭缝的像，若不清晰，可前后抽动狭缝使 像清晰；调节平行光管俯仰螺钉 21，使狭缝的像重合于分划板中央的水平 上叉丝 横丝 纵丝 （a）绿十字偏离上 (b)调节望远镜螺丝 11 (c)调载物台螺丝 B1，再减少 1/2 叉丝中央 减少 1/2 偏离 偏离使绿十字回到上叉丝中央 图 7-7 调节望远镜光轴 图 7-8 分划板倾斜导致绿十字像 移动方向与水平叉丝成一小角度