光学实验教案 实验一　分光计的调节【实验目的】了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；【仪器和用具】分光计，三棱镜。

【实验原理】分光计是一种能精确测量上述角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。

由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。

图26-3是JJY型分光计的结构图，它主要由自准直望远镜、平行光管、载物台和读数装置组成。

现分别介绍如下：图26-3 JJY型分光计结构图缝装置；2.狭缝装置锁紧螺丝；3.平行光管；4.止动架（二）；5.载调节螺丝（共3只）；7.载物台和游标盘间锁紧螺丝；8.望远镜螺丝；10.阿贝式自准目镜；11.目镜调焦手轮；12.望远镜光轴倾13.望远镜光轴左右偏斜度调节螺丝；14.望远镜微动螺丝；15.望盘间锁紧螺丝；16.望远镜止动螺丝（另侧）；17.止动架（一）；18.底座；刻度盘；21.游标盘；22.游标盘微动螺丝；23.游标盘止动螺丝轴左右偏斜度调节螺丝；25.平行光管光轴倾斜调节螺丝；26.螺丝）自准直望远镜。

所示，它由目镜、全反射棱镜、叉丝分划板和物镜等组成。

目镜、全反射镜和叉丝分划板以及物镜分别装在可以前后移动的３个套筒中。

分划板上刻有双十字叉丝和透光小“十”字刻线，即十字窗口，它和调节用叉丝相对于测量用叉丝对称。

图26-5中画出了视场中看到的分划板像。

照明灯泡发出的光经棱镜反射后，由十字窗口射出，以便进行自准调节。

（2）平行光管。

平行光管的作用是产生平行光，如图26-3中3所示，它的右端装有消色差的复合物镜，另一端是套筒，套筒末端有一宽度可调的狭缝装置。

前后移动套筒可改变狭缝和物镜之间的距离。

当狭缝位于物镜的焦平面时，从狭缝入射的光束经物镜后成为平行光束。

整个平行光管与分光计的底座连接在一起，是不能转动的。

（3）载物平台。

载物台是用来放置平面镜、棱镜、光栅等光学元件的。

它下面有三个调节螺丝，用来调节载物台的倾斜，使载物台上的元件达到测量状态的要求。

载物台和游标盘一起可绕仪器轴旋转。

载物台还可沿轴向升降，以适应不同高度的待测元件。

（4）读数装置。

读数装置有内外两层盘，外盘为刻度盘（简称度盘），它通过螺丝15锁紧后，可和望远镜相连，并能随望远镜一起绕轴转动。

度盘面和读数平面调到相互平行，而且共轴。

【实验步骤与内容】1．分光计的调整（1）在进行调整前，应先熟悉所使用的分光计中各调节螺丝的位置：①目镜调焦(看清分划板准线)手轮。

②望远镜调焦(看清物体)调节手轮(或螺丝)。

③调节望远镜高低倾斜度的螺丝。

④控制望远镜(连同刻度盘)转动的制动螺丝。

⑤调整载物台水平状态的螺丝。

⑥控制载物台转动的制动螺丝。

⑦调整平行光管上狭缝宽度的螺丝。

⑧调整平行光管高低倾斜度的螺丝。

⑨平行光管调焦的狭缝套筒制动螺丝。

(2)目测粗调。

将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直。

(3)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远，具体调节如下：图26-8三棱镜或平面镜的放置面的俯仰，并转动载物台让反射光返回望远镜中，镜后，再经平面镜反射，由物划板与目镜的距离使从目镜中既能看清准线，又能看清亮十字的反射像。

注意使准线与亮十字的反射像之间无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。

如果没有视差，说明望远镜已聚焦于无穷远。

(4)调整望远镜光轴，使之与分光计的中心轴垂直：平行光管与望远镜的光轴各代表入射光和出射光的方向。

为了测准角度，必须分别使它们的光轴与刻度盘平行。

刻度盘在制造时已垂直于分光计的中心轴。

因此，当望远镜与分光计的中心轴垂直时，就达到了与刻度盘平行的要求。

具体调整方法为：①平面镜仍竖直置于载物台上，使望远镜分别对准平面镜前后两镜面，利用自准法可以分别观察到两个亮十字的反射像。

②如果望远镜的光轴与分光计的中心轴相垂直，而且平面镜反射面又与中心轴平行，则转动载物台时，从望远镜中可以两次观察到由平面镜前后两个面反射回来的亮十字像与分划板准线的上部十字线完全重合，如图26-9（c）所示。

③若望远镜光轴与分光计中心轴不垂直，平面镜反射面也不与中心轴相平行，则转动载物台时，从望远镜中观察到的两个亮十字反射像必然不会同时与分划板准线的上部十字线重合，而是一个偏低，一个偏高，甚至只能看到一个。

④这时应先粗调：即先从望远镜外面目测，调节到从望远镜外侧能观察到两个亮十字像。

然后再细调：从望远镜视场中观察，当无论以平面镜的哪一个反射面对准望远镜，均能观察到亮十字像。

⑤但如果从望远镜中看到准线与亮十字像不重合，它们的交点在高低方面相差一段距离如图26-9(a)所示。

此时调整望远镜高低倾斜螺丝使差距减小为h/2，如图26-9(b)所示。

再调节载物台下的水平调节螺丝，消除另一半距离，使准线的上部十字线与亮十字线重合，如图26-9(c)所示。

⑥再将载物台旋转180o，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节。

⑦如此反复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两表面反射回来的亮十字像都能与分划板准线的上部十字线重合为止。

这时望远镜光轴和分光计的中心轴相垂直，常称这种方法为逐次逼近各半调整法。

板的中央十字线上、下平分，如图26-10(a)所示。

这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。

再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差，位置如图26-10(b)所示。

至此分光计已全部调整好，使用时必须注意分光计上除刻度圆盘制动螺丝及其微调螺丝外，其它螺丝不能任意转动，否则将破坏分光计的工作条件，需要重新调节。

思考题(１)本实验对分光计的调整有何特殊要求？如何调节才能满足测量要求？【注意事项】：1、望远镜、平行光管上的镜头，三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、揩。

如发现有尘埃时，应该用镜头纸轻轻揩擦。

三棱镜、平面镜不准磕碰或跌落，以免损坏。

2、分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。

3、在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。

4、测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。

5、在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。

6、调整时应调整好一个方向，这时已调好部分的螺丝不能再随便拧动，否则会造成前功尽弃。

7、望远镜的调整是一个重点。

首先转动目镜手轮看清分划板上的十字线，而后伸缩目镜筒看清亮十字。

实验2 用牛顿环干涉测透镜曲率半径【实验目的】1.掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法；2.通过实验加深对等厚干涉原理的理解；【仪器和用具】牛顿环、钠光灯、读数显微镜（带45°反光玻璃片）【实验原理】将一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面放置在平板玻璃上，在透镜凸面和平玻璃板之间就形成很薄的空气层，其厚度从中心到边缘逐渐增加，离接触点等距离的地方，厚度相同。

如图1所示。

若以波长为的平行单色光垂直入射时，由空气薄膜上下两表面反射的两束光在透镜凸表面附近相遇发生等厚干涉，其干涉图样是以接触点O为中心的一系列明暗交替的同心圆环（中心处是一个暗斑）。

这些圆形干涉条纹是牛顿当年在制作天文望远镜时，偶然将一个望远镜物镜放在平板玻璃上发现的，故称为牛顿环。

图（17-1在干涉条纹上，光程差相等处，是以接触点间的同心圆。

设透镜的曲率半径为空气膜厚度为d 。

由图中的几何关系可得：222)(d R r R k -+=由此得dR r d k -=22因 R »d （R 为几米，d 为几分之一厘米），Rr d k 22≈状和位置。

调节H 时，螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变，甚至损坏透镜。

【实验内容与步骤】1. 调整测量装置(1) 借助室内灯光，用眼睛直接观察牛顿环，调节框上的螺旋使干涉环呈圆形，并位于透镜的中心，但要注意不能拧紧螺旋。

(2) 将仪器按图（17-3）所示装置好，直接使用单色扩展光源钠光灯照明，由光源S 发出的光照射到45°玻璃片G 上，使一部分光由G 反射进入牛顿环仪，调节玻璃片G ，使显微镜视场中亮度最大。

(3) 调节读数显微镜M 的目镜，使目镜中看到的叉丝最为清晰，将读数显微镜对准牛顿环仪的中心，从下向上移动镜筒，对干涉条纹进行调焦，使看到的环纹尽可能清晰，并与显微镜的测量叉丝之间无视差。

测量时，显微镜的叉丝最好调节成其中一根叉丝与显微镜的移动方向相垂直，移动时始终保持这根叉丝与干涉环纹相切，这样便于观察测量。

2. 观察干涉条纹的分布特征各级条纹的粗细是否一致，条纹间隔有无变化？观察牛顿环中心是亮斑还是暗斑？若是亮斑，如何解释？用擦镜纸仔细地将接触的两个表面擦图（17-3） 牛顿干净，可使中心呈暗斑。

3. 测量牛顿环的直径（1）粗调仪器，移动牛顿环装置，使十字准线（叉丝）的交点与牛顿环中心重合。

（2）放松目镜紧固螺丝（该螺丝应始终对准槽口），转动目镜使十字准线中的一条线与标尺平行，即与镜筒移动方向平行。

（3）转动读数显微镜读数鼓轮，镜筒将沿着标尺平行移动，检查十字准线中竖线与干涉环的切点是否与十字准线交点重合，若不重合，按步骤（１）、（２）再仔细调节（检查左右两侧测量区域）。

（4）转动读数鼓轮，观察十字准线从中央缓慢向左（或向右）移至（m+1）环。

注意不宜太小，一般取大于3。

建议采集)(n m m 牛顿环第11圈到第20-30圈范围内的各暗环的直径数据（靠近中心的几圈因形变较大不宜采集），（5）然后反方向自（m+1）环向右(或向左)移动，当十字准线竖线与第m 环外侧相切时，记录读数显微镜上的位置读数。

图（17-4）中某一条竖直的虚图（17-4） 在测微目镜【实验目的】1．继续熟悉分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；2．加深对光的衍射以及光栅分光作用的基本原理的理解；3．学会用透射光栅测定光的波长、光栅常数以及角色散的方法。

【仪器和用具】分光计，三棱镜，平面透射光栅，汞灯。

【实验原理】载物台是用来放置平面镜、棱镜、光栅等光学元件的。

它下面有三个调节螺丝，用来调节载物台的倾斜，使载物台上的元件达到测量状态的要求。

载物台和游标盘一起可绕仪器轴旋转。

载物台还可沿轴向升降，以适应不同高度的待测元件。

读数装置有内外两层盘，外盘为刻度盘（简称度盘），它通过螺丝15锁紧后，可和望远镜相连，并能随望远镜一起绕轴转动。

度盘上有把圆周等分为720份的刻线，格值为30′。

内层为游标盘，游标上刻有30等份刻线，角宽为14.5°，格值为28′，因此精度为1′。

圆游标的读数规则与游标卡尺的读数规则相同，如图26-6所示，读数为116°13′。

色亮十字像始终和分划板均匀照板图26-11光栅的位置内容数据及处理角A：调节0°刻度线在望右游左游标读数5、在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。