北京航空航天大学物理研究性实验报告分光仪的调整及其应用第一作者：所在院系：就读专业：第二作者：所在院系：就读专业：目录目录一.报告简介 (1)二.实验原理 (1)实验一.分光仪的调整 (1)实验二.三棱镜顶角的测量 (3)实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1)二．实验仪器 (1)三.实验主要步骤 (2)实验1.分光仪的调整 (2)1.调整方法 (2)2.要求 (4)实验2.三棱镜顶角的测量 (4)1.调整要求 (4)2.实验操作 (5)实验3.棱镜折射率的测定（最小偏向角法） (6)四.实验数据记录 (6)五.数据处理 (7)实验2.反射法测三棱镜顶角 (7)实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7)六.误差分析 (8)七.分析总结 (8)八.实验改进 (9)九.实验感想 (10)十.参考文献及图片附件： (11)一.报告简介本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行了数据处理与不确定度计算。

并以实验数据对误差的来源进行了分析。

同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法，并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。

二.实验原理实验一.分光仪的调整分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。

1-狭缝套筒；2-狭缝套筒紧固螺钉；3-平行光管；4-制动架；5-载物台；6-载物台调平螺钉；7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜；9-望远镜锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜；12-仰角螺钉；13-望远镜光轴水平螺钉；14-支臂；15-望远镜转角微调螺钉；16-读数刻度盘止动螺钉；17-制动架；18-望远镜止动螺钉；19底座；20-转座；21-读数刻度盘；22-游标盘；23-立柱；24-游标盘微调螺钉；25-游标盘止动螺钉；26-平行光管光轴水平螺钉；27-仰角螺钉；28-狭缝宽度调节螺钉；1.三角底座在三角底座中心，装有一个垂直的固定轴，望远镜、主刻度圆盘、游标刻度盘都可绕它旋转。

这一固定轴称为分光仪的主轴。

2.刻度圆盘圆盘上刻有角度数值的称主刻度盘，在其内侧有一游标盘，在游标盘上相对180°处刻有两个游标。

主刻度盘和游标刻度盘都垂直于仪器主轴，并可绕主轴转动。

读数系统由主刻度盘和游标盘组成，沿度盘一周刻有360个大格，每格1°，每大格又分成两小格，所以每小格为 30。

刻度盘内侧有一游标盘。

主刻度盘可以和望远镜一起转动，游标盘可以和载物台一起转动。

游标盘在它的对径方向有两个游标刻度，游标刻度的30个小格对应主刻度盘刻度的 29个小格，所以这一读数系统的准确度为 1。

它的读数原理与游标卡尺全相同。

游标刻度圆盘与分光仪的中心转轴垂直（分光仪出厂时已调整好）。

由于刻度圆盘的中心与中心转轴的中心制作时不能完全重合，因此在读数时会产生偏心差。

3.载物平台载物台是用来放置平面镜、棱镜等光学元件的，它与游标盘通过螺钉 7相互锁定，拧紧螺丝 7后，载物台可和游标盘一起绕分光计的转轴转动。

螺丝 25是游标盘的止动螺钉，拧紧时不能再强制转动游标盘，否则亦会损坏仪器。

螺丝 24是游标盘的微调螺丝。

当螺丝拧紧后，游标盘不能绕轴转动，用它可以使游标盘绕轴作微小转动。

载物台下有三只调节螺丝6。

可调节台面的倾斜度。

4.自准直望远镜自准直望远镜由目镜、全反射棱镜、叉丝分划板及物镜组成。

目镜装在A筒中，全反射棱镜和叉丝分划板装在 B筒内，物镜装在 C筒顶部，A 筒通过手轮可在 B筒内前后移动，B 筒可在 C 筒内移动。

叉丝分划板上刻有双十字形叉丝和透光小十字刻线，并且上叉丝与小十字刻线对称于中心叉丝，全反射棱镜紧贴其上。

开启光源 S 时，光线经全反射棱镜照亮小十字刻线。

当小十字刻线平面处在物镜的焦平面上时，从刻线发出的光线经物镜成平行光。

如果有一平面镜将这个平行光反射回来，再经物镜，必成像与焦平面上，于是从目镜中可以同时看到叉丝和小十字刻线的反射像，并且无视差。

如果望远镜光轴垂直于平面反射镜，反射像将与上叉丝重合。

这种调望远镜使之适于观察平行光的方法称为自准直法，这种望远镜称为自准直望远镜。

5.平行光管平行光管与底座固连，靠近仪器主轴的一端装有平行光管的物镜，另一端装有可调狭缝套管，前后移动套管，使狭缝处在物镜的焦平面上，于是由狭缝产生的光通过物镜后成平行光。

实验二.三棱镜顶角的测量反射法测顶角须使入射光经 AB、AC 面反射后能通过望远镜，而望远镜是绕主轴旋转的，所以AB 和 AC 面的反射平行光必须经过主轴才能进入望远镜。

只有顶角 A 处于主轴中心 O 附近时，AB、AC 面的反射光才能进入望远镜，所以测量顶角时，应尽量将顶角 A 平移靠近主轴中心处。

测量原理：旋转载物台至三棱镜顶角A对准平行光管，使部分平光由 AB 面反射；另一部分平行光由AC 面反射。

当望远镜在 I 位置观察到AB 面反射的狭缝像，在 II位置观察到 AC面反射的狭缝像时，望远镜转过了角度γ所以由图得γ = A + i1 + i2又因为A = i1 + i2故有A=γ/2实验三.最小偏向角法测棱镜折射率将待测的光学玻璃制成三棱镜，可用最小偏向角法测其折射率n．测量原理见图，光线α代表一束单色平行光，以入射角i1投射到棱镜的AB面上，经棱镜两次折射后以i4角从另一面AC射出来，成为光线t.经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线α和出射光线t延长线的夹角δ来表示，δ称为偏向角．由图1可知δ＝(i1－i2)＋(i4－i3)＝i1＋i4-A.此式表明，对于给定棱镜，其顶角A和折射率n已定，则偏向角随入射角i1而变，δ是i1的函数.用微商计算可以证明，当i1=i4或i2=i3时，即入射光线a和出射光线t 对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δm表示.此时，有i2＝A/2，i1＝(A＋δm)/2，故用分光计测出棱镜的顶角A和最小偏向角δm，可求得棱镜的折射率n。

二．实验仪器分光仪、平面反射镜、三棱镜、钠灯、电源。

三.实验主要步骤实验1.分光仪的调整1.调整方法分光仪常用于测量入射光与出射光之间的角度，为了能够准确测量此角度，必须满足两个条件：1.入射光与出射光均为平行光；2.入射光与出射光都与刻度盘平面平行。

为此必须对分光仪进行调整：使平行光管发出平行光，其光轴垂直于仪器主轴；使望远镜接受平行光，其光轴垂直于仪器主轴；须调节载物平台，使其上旋转的分光云件的光学平面平行于仪器主轴。

下面介绍调整方法。

a.粗调调节水平调节螺钉，使望远镜居支架中央，并目测调节望远镜俯仰螺钉，使光轴大致与主轴垂直，调节载物平台下方3 只螺钉外伸部分等长，使平台平面大致与主轴垂直。

这些粗调对于望远镜光轴的顺利调整至关重要。

b.调整望远镜望远镜调焦于无穷远调节要求：根据自准直原理，当叉丝位于物镜焦平面时，叉丝与小十字刻线的反射像共面，即绿十字与叉丝无视差，此时望远镜只接受平行光，或称望远镜调焦于无穷远。

调节方法：在载物平台上放置平面反射镜，构成如图所示自准直光路。

开启内藏照明光泡，照明透光小十字形刻线。

调节目镜A（转动目镜筒手轮A，筒壁螺纹结构使A筒在B筒内前后移动），改变目镜与叉丝分划板间的距离，直至看清分划板上的双十字形叉丝。

旋转载物台，改变平面反射镜沿水平方向的方位，若平面反射镜大的镜面在俯仰方向上已大致垂直于望远镜光轴，则在选择载物台的过程中，总可以在某一位置，通过目镜看到一个绿色十字，如看不到则应视情况调节望远镜下方的俯仰螺钉或载物台下方的b（或c）螺钉，再一次粗调望远镜光轴大致与平面反射镜的镜面垂直。

前后伸缩叉丝分划板套筒B，改变叉丝与物镜之间的距离，直到在目镜中清晰无视差地看到一个明亮的绿色小十字为止。

调整望远镜光轴与仪器主轴垂直调整原理：若望远镜光轴垂直于平面反射镜镜面，且平面镜镜面平行于仪器主轴，则望远镜光轴必垂直于仪器主轴。

此时若将载物台绕仪器主轴转180°，使平面镜的另一面对准望远镜，望远镜仍将垂直于平面镜。

若望远镜光轴开始时垂直于平面镜，但不垂直于主轴，亦即平面镜镜面不平行于主轴，则将平面镜反转180°后，望远镜光轴不再垂直于平面镜镜面。

由光路成像原理可知，当望远镜光轴垂直于平面镜镜面时，反射像绿十字与上叉丝重合。

若同时有平面镜镜面平行于仪器主轴，则平面镜反转180°后，仍有望远镜光轴与平面镜垂直，绿十字仍与上叉丝重合。

此时必有望远镜光轴垂直于主轴。

若平面镜镜面不平行于仪器主轴，则平面镜反转180°后，绿十字与上叉丝将不再重合。

调整方法：在望远镜调焦于无穷远的基础上，观察绿色小十字，一般它会偏离上叉丝，调节载物台调平螺钉b 或c，使绿色小十字向上叉丝移近1/2 的偏离距离，再调节望远镜俯仰调节螺钉，使绿色小十字与上叉丝重合，这时，望远镜光轴与平面镜镜面垂直。

将平面镜反转180°，重复调节载物台调平螺钉b 或c，并调节望远镜俯仰调节螺钉，使绿色小十字各自消除1/2 与上叉丝的偏离量，再次使望远镜光轴与平面镜镜面垂直。

如此重复几次，直至平面镜绕主轴旋转180°，绿色小十字始终都落在上叉丝中心为止。

这种方法被称为半调法。

调整叉丝分划板的纵丝与主轴平行分划板的上叉丝与纵丝是相互垂直的。

当纵丝与主轴不平行时，绕主轴转动望远镜，在望远镜视场中，会看到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝相交。

只要微微转动镜筒B，达到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝重合，叉丝方向就调好了。

c.平行光管的调整使平行光管产生平行光当被光所照明的狭缝刚好位于透镜的焦平面上时，平行光管出射平行光。

调整方法：将已调节好的望远镜对准平行光管，拧动狭缝宽度调节手轮，打开狭缝，松开狭缝套筒锁紧螺钉，前后移动狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中无视差地看到边缘清晰的狭缝像时，平行光管即发出平行光。

调平行光管光轴与仪器主轴垂直望远镜光轴已垂直主轴，若平行光管与其共轴，则平行光管光轴同样垂直主轴。

调整方法：旋转玩观景至观察到狭缝像，调整平行光管俯仰调节螺钉，使狭缝像的中点与中心叉丝重合（中心叉丝与狭缝中点都可视为望远镜与平行光管光轴所垂直通过的地方）;或将狭缝横放，调平行光管俯仰调节螺钉至狭缝的固定边与中心叉丝重合。

2.要求1.平面镜反射回来的绿十字与叉丝无视差。

2.平面镜正、反两面反射回来的绿十字均与上叉丝重合，且转动平台过程中绿十字沿上叉丝移动。

3.狭缝像与叉丝无视差，且中点与中心叉丝等高。

实验2.三棱镜顶角的测量1.调整要求如图所示，欲测三棱镜顶角，必须使望远镜的光轴旋转平面垂直于待测顶角A 的两光学平面AB 面和AC 面，即望远镜分别对准AB 面和AC面时均应有绿色十字与上叉丝重合。