分光儀的調整及應用

1、北航物理實驗研究性報告專題:分光儀的調整及其應用第一作者：陳凱學號：10031074班級：100323班第二作者：劉漢鵬學號：59000225班級：100323班目錄目錄2摘要 錯誤 !未定義書簽。一、實驗目的 錯誤 !未定義書簽。二、實驗原理與步驟 錯誤 !未定義書簽。1、分光儀的調整 32、三棱鏡頂角的測量（反射法） 43、棱鏡折射率的測量（最小偏向角法）.：4三、實驗儀器 5四、數據記錄與處理 ：5五、討論與總結 ：9摘要：分光儀是分光測角儀的簡稱，它能較精確地測量平行光線 的偏轉角度。借助它并利用反射、折射、衍射等物理現象，可完成全 偏振角、晶體折射率、光波波長等物理量的測量，其用途十

2、分廣泛。 近代攝譜儀，單色儀等精密光學儀器也都是在分光儀的基礎上發(fā)展而 成的。本文主要討論分光儀調整及其應用的過程中實驗步驟、實驗數據處理、誤差分析及實驗總結等問題。一、實驗目的1. 了解分光儀的構造及其主要部件的作用；2. 學習并掌握分光儀的調節(jié)原理與調節(jié)方法；3. 掌握自準直法和主次逼近調節(jié)法，鞏固消視差技術;4. 學會用反射法測量三棱鏡的頂角。二、實驗原理與步驟1. 分光儀的調節(jié)原理（1）根據自準直原理，當叉絲位于物鏡焦平面時，叉絲與小十字 刻線的反射像共面，即綠十字與叉絲無視差，此時望遠鏡聚焦于無窮 遠。（2）若望遠鏡光軸垂直于平面及反射鏡鏡面， 且平面鏡鏡面與儀 器主軸平行，則望遠鏡

3、光軸必垂直于儀器主軸，此時若將載物臺儀器 主軸旋轉180，使平面鏡另一面對準望遠鏡，望遠鏡光軸仍將垂直于平面鏡（3）使平行光管產生平行光，當被光所照明的狹縫剛好位于透鏡 的焦平面時，平行光管射出平行光；調節(jié)平行光管光軸與儀器主軸垂 直，望遠鏡光軸與平行光管平行。實驗步驟：（1）粗調，調節(jié)水平調節(jié)螺釘，使望遠鏡居支架中央，并目測調 節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，使光軸大致與主軸垂直，調節(jié)載物臺下方3個螺 釘外伸部分等長，使平臺平面大致與主軸垂直。（2）調整望遠鏡，在載物平臺上放置平面反射鏡，調節(jié)目鏡，改 變目鏡與叉絲分化板之間的距離，直至看清分化板上的雙十字形叉 絲。旋轉載物臺，改變平面反射鏡沿水平方向的方

4、位，直至在旋轉載 物臺的過程中，總可以在某一位置通過目鏡看到一個綠色十字。（3）調節(jié)望遠鏡光軸與儀器光軸垂直，使得平面鏡繞主軸旋轉 180度，綠色小十字始終都落在上叉絲中心為止。（4）平行光管的調整，將已調好的望遠鏡對準平行光管，擰動狹 縫寬度調節(jié)手輪，打開狹縫，松開狹縫套筒鎖緊螺釘，前后移動狹縫 套筒，當在已調焦無窮遠的望遠鏡目鏡中無視差地看到邊緣清晰的狹 縫像時，平行光管即發(fā)出平行光。2. 三棱鏡的測量原理（反射法）反射法測三棱鏡頂角必須使望遠鏡的光軸旋轉平面垂直于待測頂 角A的兩個光學平面AB AC0 =A4_+ig）'> A=0 /2為了消除偏心差的影響，采用對徑法讀數，

5、左邊游標開始時讀數為一, 右邊讀數為一當望遠鏡或載物臺轉過某一角度后，左邊游標讀數二， 右邊'I,可以由左邊的讀數得到其轉角：=_-_,由右邊讀數得到其 轉角-'_=-；_，然后取其平均， = I -1 - 1-11.棱鏡折射率的測量（最小偏向角法）如圖所示，測出棱鏡的最小偏向角二，可以導出:sin三、實驗儀器分光儀，屏幕反射鏡，三棱鏡，鈉光及電源四、原始數據與處理1三棱鏡頂角的測量編號12345%3600'30020'25035'1908'14056'氏180°2'12018'7041'1011'

6、;3212'%2402'18022'130317012'2055'民601'019'31029'2507'20059'e11959'11958'1200'1208'1202'A595930'59590'6040'600060 1'''其中" A=;根據實際測量的數值，的表 達式可 能進行調整，將A的單位化為度，則有：44A59.992°59.983°60.067°60.00060.0176

7、0.012計算A的不確定度:宀、；-=0.0835游標盤的準確度為1'貝S其誤差限為1,故：60=0.0096則.：亠=0.08： 最終結果可以表示為:為土 pU) = 60.01°+ 0.0832.棱鏡折射率的測量1234529245'26130'215 '0180 42'52 30'11250'8130'3530'039'132 29'34345'31228'26637'23141'10331'16350'13227'86 '15

8、136'283 32'5510'5057'519'5056'512'其中'=T . 一 ，.，【或.h| |二.-；| 一L - 3|.將1單位改為度并求其平均值:雖s51.0°50.958°51.150°50.952°51.033口51.066=sin其中A由前一實驗測得：A淚r 口站-一 帶入數據得：n=1.65=0.03711F面計算：的不確定度:旳=早=0.0096V3由曲-二.所以）i帥j -故“山+V.心）14 =0.08°fS +_ AA . /(5 -F jcos

9、(2)£in 至一 cos 2 sin | 廠'p.0682UC5) = 0.03 8qS+ACOS c20.022c + A2 sin-=0.07- ,計算n的不確定度分量:折射率的最終結果為n二-.一 Lu .五、討論與總結1. 誤差分析本實驗誤差來源主要如下：(1) 實驗環(huán)境為光線較暗的封閉實驗室，所以儀器調整、現象觀察、 數據記錄都比較容易出差錯，長時間的實驗更是容易使人眼睛 疲勞，造成讀數誤差；(2) 光學儀器固然精密，但仍免不了儀器本身給實驗帶來的誤差， 例如讀數轉盤的齒輪間隙就可能給實驗數據帶來誤差。2. 實驗難點我認為本次實驗的難點在于分光儀的調整，因為能否調

10、整好直接 影響到后面的實驗進行。其中調好是指滿足兩個條件：入射光與出射 光均為平行光；入射光與刻度盤平面平行，但出射光未調至與刻度盤 平面平行。需要分別先后調整自準直望遠鏡和平行光管， 這一過程需 要一直通過接目鏡觀察現象，由于需要慢慢調節(jié)并且耗費眼力所以需 要有耐心，這樣才能調節(jié)成功。3. 實驗感想感覺這次實驗在光學中算比較難的，整個實驗過程一刻也沒有松 懈，做得比較累，即使實驗之前預習了本實驗內容，實驗前也有認真 聽老師講解實驗要點，但實驗開始后，真動起手來才感覺到實驗不好 做，首先載物臺的調節(jié)要用三顆調節(jié)螺絲， 方法不對的話可能很長時 間都不能調好自準直望遠鏡，必須嚴格按照粗調、調整望遠鏡聚焦于無窮遠、調整望遠鏡光軸與儀器主軸垂直這幾個順序，并且每一步都 要盡量做好，這樣下一步才更好做。調節(jié)的難度大概和邁克爾遜干涉 儀的調整相當。實驗過程中實驗老師給與了我很多幫助， 包括耐心細 致的指導，親手操作演示，讓我在遇到困難時能很快解決，節(jié)約了時 間。最后，第三個實驗中不確定度的計算方法也讓我收獲不小，