大学物理实验《分光计的调整与使用》课件

分光计的调整与使用分光计的调整与使用n n哈尔滨工程大学物理实验中心哈尔滨工程大学物理实验中心分光计的调整与使用哈尔滨工程大学物理实验中心1 1实验目的实验目的实验原理及步骤实验原理及步骤思思 考考 题题实验仪器实验仪器实验目的实验原理及步骤思 考 题实验仪器2 2n n了解分光计的基本结构和工作原理，掌了解分光计的基本结构和工作原理，掌握分光计的调整方法；握分光计的调整方法；n n学习用衍射光栅测光波波长的原理和方学习用衍射光栅测光波波长的原理和方法；法；n n加深对光栅衍射理论的理解；加深对光栅衍射理论的理解；返返 回回了解分光计的基本结构和工作原理，掌握分光计的调整方法；返 回3 3 分光计分光计分光计分光计:分光计是用来精确测量光纤间夹角的一种仪器，例如分光计是用来精确测量光纤间夹角的一种仪器，例如分光计是用来精确测量光纤间夹角的一种仪器，例如分光计是用来精确测量光纤间夹角的一种仪器，例如入射光与折射光之间的夹角，光纤衍射光的偏转角等，也入射光与折射光之间的夹角，光纤衍射光的偏转角等，也入射光与折射光之间的夹角，光纤衍射光的偏转角等，也入射光与折射光之间的夹角，光纤衍射光的偏转角等，也常用来测量折射率、角度、波长色散率和光栅常数等。任常用来测量折射率、角度、波长色散率和光栅常数等。任常用来测量折射率、角度、波长色散率和光栅常数等。任常用来测量折射率、角度、波长色散率和光栅常数等。任何一台分光计必须具备以下四个主要部件：平行光管、望何一台分光计必须具备以下四个主要部件：平行光管、望何一台分光计必须具备以下四个主要部件：平行光管、望何一台分光计必须具备以下四个主要部件：平行光管、望远镜、载物台和读数装置。远镜、载物台和读数装置。远镜、载物台和读数装置。远镜、载物台和读数装置。分光计:4 4载物台载物台 载物台是用来放置待测件的。载物台是用来放置待测件的。载物台是用来放置待测件的。载物台是用来放置待测件的。台面下方装有三个细纹螺丝，用台面下方装有三个细纹螺丝，用台面下方装有三个细纹螺丝，用台面下方装有三个细纹螺丝，用来调节台面的倾斜角度。这三个来调节台面的倾斜角度。这三个来调节台面的倾斜角度。这三个来调节台面的倾斜角度。这三个螺丝的中心组成一个正三角形。螺丝的中心组成一个正三角形。螺丝的中心组成一个正三角形。螺丝的中心组成一个正三角形。松开载物台锁紧螺丝，载物台可松开载物台锁紧螺丝，载物台可松开载物台锁紧螺丝，载物台可松开载物台锁紧螺丝，载物台可以单独绕分光计中心轴转动，也以单独绕分光计中心轴转动，也以单独绕分光计中心轴转动，也以单独绕分光计中心轴转动，也可沿中心轴升降以适应不同待测可沿中心轴升降以适应不同待测可沿中心轴升降以适应不同待测可沿中心轴升降以适应不同待测件；旋紧载物台锁紧螺丝，载物件；旋紧载物台锁紧螺丝，载物件；旋紧载物台锁紧螺丝，载物件；旋紧载物台锁紧螺丝，载物台将与游标盘固定在一起。游标台将与游标盘固定在一起。游标台将与游标盘固定在一起。游标台将与游标盘固定在一起。游标盘可用游标盘止动螺丝固定，然盘可用游标盘止动螺丝固定，然盘可用游标盘止动螺丝固定，然盘可用游标盘止动螺丝固定，然后用游标盘微动螺丝尽行微调。后用游标盘微动螺丝尽行微调。后用游标盘微动螺丝尽行微调。后用游标盘微动螺丝尽行微调。载物台 载物台是用来放置待测件的。台面下5 5望远镜望远镜n n望远镜是由物镜和自准直目镜（内有分划板叉丝和望远镜是由物镜和自准直目镜（内有分划板叉丝和望远镜是由物镜和自准直目镜（内有分划板叉丝和望远镜是由物镜和自准直目镜（内有分划板叉丝和小十字）组成的一个圆筒。照明望远镜内部视场小十字）组成的一个圆筒。照明望远镜内部视场小十字）组成的一个圆筒。照明望远镜内部视场小十字）组成的一个圆筒。照明望远镜内部视场（带有小十字的（带有小十字的（带有小十字的（带有小十字的分划板叉丝分划板叉丝分划板叉丝分划板叉丝）的小灯泡的光自筒下）的小灯泡的光自筒下）的小灯泡的光自筒下）的小灯泡的光自筒下面进入望远镜中，通过与镜轴成面进入望远镜中，通过与镜轴成面进入望远镜中，通过与镜轴成面进入望远镜中，通过与镜轴成45454545角的半透半反角的半透半反角的半透半反角的半透半反平玻璃反射照亮分划板叉丝和小十字。平玻璃反射照亮分划板叉丝和小十字。平玻璃反射照亮分划板叉丝和小十字。平玻璃反射照亮分划板叉丝和小十字。望远镜望远镜是由物镜和自准直目镜（内有分划板叉丝和小十字）组6 6平行光管平行光管n n在圆筒平行光管的末端有一狭缝，其宽度由狭缝宽度调在圆筒平行光管的末端有一狭缝，其宽度由狭缝宽度调在圆筒平行光管的末端有一狭缝，其宽度由狭缝宽度调在圆筒平行光管的末端有一狭缝，其宽度由狭缝宽度调节手轮调节。狭缝整体被固定在一个可伸缩的套筒上。节手轮调节。狭缝整体被固定在一个可伸缩的套筒上。节手轮调节。狭缝整体被固定在一个可伸缩的套筒上。节手轮调节。狭缝整体被固定在一个可伸缩的套筒上。平行光管的另一端装有消色差透镜组。调整可伸缩的套平行光管的另一端装有消色差透镜组。调整可伸缩的套平行光管的另一端装有消色差透镜组。调整可伸缩的套平行光管的另一端装有消色差透镜组。调整可伸缩的套筒，当被照亮的狭缝恰好位于透镜的焦平面上时，由平筒，当被照亮的狭缝恰好位于透镜的焦平面上时，由平筒，当被照亮的狭缝恰好位于透镜的焦平面上时，由平筒，当被照亮的狭缝恰好位于透镜的焦平面上时，由平行光管出来的是平行光束，调整好狭缝的焦距后，可用行光管出来的是平行光束，调整好狭缝的焦距后，可用行光管出来的是平行光束，调整好狭缝的焦距后，可用行光管出来的是平行光束，调整好狭缝的焦距后，可用狭缝装置锁紧螺丝锁定。平行光管的水平度可用平行光狭缝装置锁紧螺丝锁定。平行光管的水平度可用平行光狭缝装置锁紧螺丝锁定。平行光管的水平度可用平行光狭缝装置锁紧螺丝锁定。平行光管的水平度可用平行光管光轴高低调节螺丝来调节管光轴高低调节螺丝来调节管光轴高低调节螺丝来调节管光轴高低调节螺丝来调节。平行光管在圆筒平行光管的末端有一狭缝，其宽度由狭缝宽度调节手7 7读数装置读数装置n n读数装置由主刻度盘和游标盘组成。主刻度圆盘分为读数装置由主刻度盘和游标盘组成。主刻度圆盘分为读数装置由主刻度盘和游标盘组成。主刻度圆盘分为读数装置由主刻度盘和游标盘组成。主刻度圆盘分为360360360360，最小刻度为，最小刻度为，最小刻度为，最小刻度为0.5 0.5 0.5 0.5，小于，小于，小于，小于0.5 0.5 0.5 0.5 则用游标读则用游标读则用游标读则用游标读数。游标上刻有数。游标上刻有数。游标上刻有数。游标上刻有30303030小格，每小格对应角度为小格，每小格对应角度为小格，每小格对应角度为小格，每小格对应角度为1111。角。角。角。角度游标读数的方法与游标卡尺的读数方法相似。度游标读数的方法与游标卡尺的读数方法相似。度游标读数的方法与游标卡尺的读数方法相似。度游标读数的方法与游标卡尺的读数方法相似。返返 回回读数装置读数装置由主刻度盘和游标盘组成。主刻度圆盘分为3608 8实验原理及步骤实验原理及步骤（一）、（一）、分光计的调整分光计的调整（二）（二）用光栅测量光波波长用光栅测量光波波长返返 回回实验原理及步骤（一）、分光计的调整（二）用光栅测量光波波长返9 91 1、目测粗调、目测粗调2 2、调节望远镜调节望远镜3 3、调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直4 4、调整平行光管调整平行光管返返 回回1、目测粗调返 回1010目测粗调目测粗调步骤：步骤：调节望远镜下的光轴高低调节螺丝和载物平台下的调节望远镜下的光轴高低调节螺丝和载物平台下的三个调平螺丝，使望远镜和平台基本水平。将双面反射镜三个调平螺丝，使望远镜和平台基本水平。将双面反射镜放在载物台的放在载物台的适当位置适当位置，转动望远镜让望远镜光轴横在面，转动望远镜让望远镜光轴横在面前，。在垂直于望远镜的方向望去，可将望远镜的镜口视前，。在垂直于望远镜的方向望去，可将望远镜的镜口视为一条直线为一条直线B，平面镜的一个反射面可视为另一条直线，平面镜的一个反射面可视为另一条直线A（图示图示）。如果）。如果A，B两条直线平行，则望远镜的光轴垂直两条直线平行，则望远镜的光轴垂直平面镜。将载物台转动平面镜。将载物台转动180，使平面镜的另一面对着望远，使平面镜的另一面对着望远镜的镜筒，同样满足两条直线平行，此时载物台和望远镜镜的镜筒，同样满足两条直线平行，此时载物台和望远镜的光轴的光轴“初步接近初步接近”同时垂直于一起中心轴的状态。同时垂直于一起中心轴的状态。最终要求达到最终要求达到：将双面反射镜放在载物平台上，与望远镜将双面反射镜放在载物平台上，与望远镜筒垂直，筒垂直，视场视场中能看到亮十字和十字的像，将平台转过中能看到亮十字和十字的像，将平台转过180180，视场中仍能看到十字的像。，视场中仍能看到十字的像。返返 回回目测粗调步骤：调节望远镜下的光轴高低调节螺丝和载物平台下的三1111双面反射镜的方法 将双面镜放置在载物将双面镜放置在载物将双面镜放置在载物将双面镜放置在载物平台中央，与平台上的平台中央，与平台上的平台中央，与平台上的平台中央，与平台上的任意两个调节螺丝的连任意两个调节螺丝的连任意两个调节螺丝的连任意两个调节螺丝的连线垂直线垂直线垂直线垂直,如右图。如右图。如右图。如右图。返返 回回双面反射镜的方法 将双面镜放置在载物平台中央，与平台1212调整望远镜的光轴与仪器主转轴垂直的方法示意图调整望远镜的光轴与仪器主转轴垂直的方法示意图调整望远镜的光轴与仪器主转轴垂直的方法示意图调整望远镜的光轴与仪器主转轴垂直的方法示意图返返 回回调整望远镜的光轴与仪器主转轴垂直的方法示意图返 回1313返返 回回返 回1414调节望远镜调节望远镜n n当从目镜中观察分划板叉丝不清楚时，用目镜视度调节手当从目镜中观察分划板叉丝不清楚时，用目镜视度调节手当从目镜中观察分划板叉丝不清楚时，用目镜视度调节手当从目镜中观察分划板叉丝不清楚时，用目镜视度调节手轮轮轮轮调节目镜焦距调节目镜焦距调节目镜焦距调节目镜焦距，调节清楚后锁紧目镜锁紧螺丝。，调节清楚后锁紧目镜锁紧螺丝。，调节清楚后锁紧目镜锁紧螺丝。，调节清楚后锁紧目镜锁紧螺丝。n n若所成的像不清楚时，可松开目镜锁紧螺丝，若所成的像不清楚时，可松开目镜锁紧螺丝，若所成的像不清楚时，可松开目镜锁紧螺丝，若所成的像不清楚时，可松开目镜锁紧螺丝，拉伸望远镜拉伸望远镜拉伸望远镜拉伸望远镜目镜目镜目镜目镜调节望远镜物镜焦距，使成像清晰。调节望远镜物镜焦距，使成像清晰。调节望远镜物镜焦距，使成像清晰。调节望远镜物镜焦距，使成像清晰。n n将望远镜支架和刻度盘固定在一起，它可绕分光计中心轴将望远镜支架和刻度盘固定在一起，它可绕分光计中心轴将望远镜支架和刻度盘固定在一起，它可绕分光计中心轴将望远镜支架和刻度盘固定在一起，它可绕分光计中心轴旋转旋转旋转旋转，转过的角度借助游标来读出。望远镜的倾斜度可用，转过的角度借助游标来读出。望远镜的倾斜度可用，转过的角度借助游标来读出。望远镜的倾斜度可用，转过的角度借助游标来读出。望远镜的倾斜度可用光轴高低调节螺丝来光轴高低调节螺丝来光轴高低调节螺丝来光轴高低调节螺丝来调节调节调节调节。返返 回回调节望远镜当从目镜中观察分划板叉丝不清楚时，用目镜视度调节手1515调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直n n经过目测粗调后，在两个反射面都能看到经过目测粗调后，在两个反射面都能看到十字像。用十字像。用“减半减半”调节法调节法调节载物台下调节载物台下的调平螺丝和望远镜高低调节螺丝，达到：的调平螺丝和望远镜高低调节螺丝，达到：从双面镜的两个反射面从双面镜的两个反射面反射回来的十字像反射回来的十字像都与分划板的上十字线重合都与分划板的上十字线重合。返返 回回调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直经过目测粗调后，在两个反射1616减半调节法减半调节法 每次让十字像向分划板上十字线靠近一半，转过每次让十字像向分划板上十字线靠近一半，转过每次让十字像向分划板上十字线靠近一半，转过每次让十字像向分划板上十字线靠近一半，转过180180180180后，后，后，后，再靠近一半。对于每一个反射面的每一次调节都必须是：再靠近一半。对于每一个反射面的每一次调节都必须是：再靠近一半。对于每一个反射面的每一次调节都必须是：再靠近一半。对于每一个反射面的每一次调节都必须是：载物台和望远镜各调一半。如此反复调节，可较快的使十载物台和望远镜各调一半。如此反复调节，可较快的使十载物台和望远镜各调一半。如此反复调节，可较快的使十载物台和望远镜各调一半。如此反复调节，可较快的使十字像与分划板上十字线重合。字像与分划板上十字线重合。字像与分划板上十字线重合。字像与分划板上十字线重合。返返 回回减半调节法 每次让十字像向分划板上十字线靠近一半，转过181717返返 回回返 回1818调整平行光管调整平行光管n n用已调整好的望远镜来调整平行光管。用已调整好的望远镜来调整平行光管。用已调整好的望远镜来调整平行光管。用已调整好的望远镜来调整平行光管。n n调整方法：调整方法：调整方法：调整方法：（1 1 1 1）从侧面和俯视两个方向用目视法把平行光管光轴大）从侧面和俯视两个方向用目视法把平行光管光轴大）从侧面和俯视两个方向用目视法把平行光管光轴大）从侧面和俯视两个方向用目视法把平行光管光轴大致调节到与望远镜光轴相一致。接通光源的电源，使之充致调节到与望远镜光轴相一致。接通光源的电源，使之充致调节到与望远镜光轴相一致。接通光源的电源，使之充致调节到与望远镜光轴相一致。接通光源的电源，使之充分照亮平行光管的狭缝。分照亮平行光管的狭缝。分照亮平行光管的狭缝。分照亮平行光管的狭缝。（2 2 2 2）打开狭缝，从望远镜中观察同时调节平行光管狭缝）打开狭缝，从望远镜中观察同时调节平行光管狭缝）打开狭缝，从望远镜中观察同时调节平行光管狭缝）打开狭缝，从望远镜中观察同时调节平行光管狭缝与透镜间的距离，直到看见清晰的狭缝像为止。然后调节与透镜间的距离，直到看见清晰的狭缝像为止。然后调节与透镜间的距离，直到看见清晰的狭缝像为止。然后调节与透镜间的距离，直到看见清晰的狭缝像为止。然后调节狭缝宽度使之既窄又亮。狭缝宽度使之既窄又亮。狭缝宽度使之既窄又亮。狭缝宽度使之既窄又亮。（3 3 3 3）调节平行光管的倾斜度，使狭缝的像位于望远镜视）调节平行光管的倾斜度，使狭缝的像位于望远镜视）调节平行光管的倾斜度，使狭缝的像位于望远镜视）调节平行光管的倾斜度，使狭缝的像位于望远镜视场的场的场的场的中间中间中间中间。返返 回回调整平行光管用已调整好的望远镜来调整平行光管。返 回1919视场中狭缝的像的位置视场中狭缝的像的位置返返 回回视场中狭缝的像的位置返 回2020n n1 1、原理原理n n2 2、实验操作实验操作n n3 3、数据记录及处理数据记录及处理返返 回回1、原理返 回2121原理原理(k=0，1，2，)返返 回回原理(k=0，1，2，)返 回2222实验操作实验操作n n将光栅放在已调整好的载物台上，使入射光垂直照射光栅将光栅放在已调整好的载物台上，使入射光垂直照射光栅将光栅放在已调整好的载物台上，使入射光垂直照射光栅将光栅放在已调整好的载物台上，使入射光垂直照射光栅表面，并且平行光管狭缝应与光栅刻痕平行。锁定载物台。表面，并且平行光管狭缝应与光栅刻痕平行。锁定载物台。表面，并且平行光管狭缝应与光栅刻痕平行。锁定载物台。表面，并且平行光管狭缝应与光栅刻痕平行。锁定载物台。n n转动望远镜观察衍射光谱的分布情况。找出并测量汞灯的转动望远镜观察衍射光谱的分布情况。找出并测量汞灯的转动望远镜观察衍射光谱的分布情况。找出并测量汞灯的转动望远镜观察衍射光谱的分布情况。找出并测量汞灯的第一级光谱线的蓝、绿、黄第一级光谱线的蓝、绿、黄第一级光谱线的蓝、绿、黄第一级光谱线的蓝、绿、黄1 1 1 1和黄和黄和黄和黄2 2 2 2所对应的衍射角。所对应的衍射角。所对应的衍射角。所对应的衍射角。n n由于衍射光谱对中央明条纹是对称的，为了提高测量精度，由于衍射光谱对中央明条纹是对称的，为了提高测量精度，由于衍射光谱对中央明条纹是对称的，为了提高测量精度，由于衍射光谱对中央明条纹是对称的，为了提高测量精度，测量第一级光谱时应测出测量第一级光谱时应测出测量第一级光谱时应测出测量第一级光谱时应测出+1+1+1+1和和和和-1-1-1-1级光谱线的位置。两位置级光谱线的位置。两位置级光谱线的位置。两位置级光谱线的位置。两位置的差值即为相应谱线的衍射角。的差值即为相应谱线的衍射角。的差值即为相应谱线的衍射角。的差值即为相应谱线的衍射角。注意：测量每一条谱线时，在刻度盘上的两个游标都要读注意：测量每一条谱线时，在刻度盘上的两个游标都要读注意：测量每一条谱线时，在刻度盘上的两个游标都要读注意：测量每一条谱线时，在刻度盘上的两个游标都要读 数，然后取其平均值。数，然后取其平均值。数，然后取其平均值。数，然后取其平均值。返返 回回实验操作将光栅放在已调整好的载物台上，使入射光垂直照射光栅表2323数据记录及处理数据记录及处理返返 回回数据记录及处理返 回2424思思 考考 题题n n实验中若把光栅面放反了，或者是没有将实验中若把光栅面放反了，或者是没有将光栅放在载物台中央，是否会引入附加误光栅放在载物台中央，是否会引入附加误差？差？n n利用本实验装置怎样测定光栅常数？利用本实验装置怎样测定光栅常数？n n当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象？当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象？n n分光计游标盘上为什么要设置两个游标？分光计游标盘上为什么要设置两个游标？思 考 题实验中若把光栅面放反了，或者是没有将光栅放在载物台2525