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实验二十二 分光计的调整和使用 分光计是一种精密测量角度的仪器，利用光的反射和折射可以测棱镜的顶角、最小偏向角、折射率、色散率，与光栅配合做光的衍射实验，可以测光波波长及光栅常数，与偏振片波片配合可以做光的偏振实验，因而分光计是光学测量的基本仪器。它的调节方法在光学仪器的调节中也颇具代表性，物理实验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】 了解分光计的结构，掌握它的调节和使用方法。 学会用分光计测量角度。 测定三棱镜的顶角、最小偏向角，计算三棱镜的折射率。 【实验仪器】 JJY-1′型分光计、钠光灯、三棱镜、平面镜 【仪器简介】 图22-1 JJY-1’分光计的结构图 分光计主要由平行光管、望远镜、载物台和读数装置组成。JJY-1′分光计的结构如图22-1所示： 分光计的下部是一个三脚底座，其中心有一竖轴称为中心轴，轴上装有可绕其转动的自准直望远镜、载物台、刻度盘和游标盘，在一个底脚的立柱上，装有平行光管。现将其构造的主要部分简单介绍如下： （1）平行光管：它的作用是产生平行光，在管筒的一端装有消色差透镜组，另一端装有可调狭缝的套管。当狭缝位于透镜组的焦平面上时，由平行光管射出的是平行光。 （2）望远镜：是用来观察和确定光线行进方向的，它装在支架上，可绕中心轴转动，主要由复合消色差物镜和目镜组成，分别装在镜筒的两端。叉丝在目镜筒的一端，可随目镜前后移动。 （3）载物台：是放置三棱镜、光栅等分光元件的平台，可绕中心轴转动和沿中心轴升降，并可通过螺丝固定在所需的高度。平台下有三个调节螺丝，用来调节平台的倾斜度。 （4）读数装置：它是由刻度盘和游标盘组成，刻度盘分为720个小格，每小格为半度，小于半度的用游标读数，游标上有30个小格，每一小格为1′。为了避免刻度盘的偏心差，在游标盘上对称地装有两个游标，测量时两个游标都要读数，先将初始位置的两个游标读数出，分别记为、，待转动一定角度后，再将末位置的两个游标读数记为′、′,然后计算出每个游标两次读数之差，取其平均值，即为转动角度的测量值。 【实验原理】 如图22-2所示，三角形ABC表示三棱镜的横截面。AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角A称为三棱镜的顶角。BC为毛玻璃的面称为三棱镜的底面。假设一束单色光PD入射至棱镜折射面上，经过两次折射后沿着EF方向射出，则入射线PD与出射线EF的夹角称为偏向角。 图22-2 光线的折射图 对于一定的棱镜，偏向角随入射角数值的改变而改变。当入射角为某一数值时，偏向角最小，称为最小偏向角，用表示。 最小偏向角、棱镜顶角与棱镜折射率之间的关系为 （22-1） 如果测出棱镜顶角A和最小偏向角，即可算出棱镜的折射率。 【实验内容】 一、分光计的调整 A.分光计的调整要求： 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。 B.分光计调整步骤： 1．结合图22-1和实物熟悉本实验的仪器，在充分熟悉仪器后方可进行后面的操作。 2．粗调（凭眼睛观察） 从分光计侧面观察，分别调节望远镜的高低微调螺丝12和平行光管高低微调螺丝28，使望远镜和平行光管的光轴尽量与刻度盘平行，调节载物台调平螺钉6，尽量使其与刻度盘平行（即与主轴垂直）。此时载物台下四周间隙基本相同。 3．细调 （1）目镜调焦：点亮望远镜小灯，旋转目镜调节手轮11，直到能清楚的看到分划板上的十字叉丝。 （2）调节望远镜。根据自准原则原理，利用平面镜调节。 图22-3 平面镜的放置 ①接通望远镜照明灯电源，并按图22-3把平面镜放到载物台上。当需要改变平面镜倾角时，只调节螺钉即可。 ②眼睛直接看向平面镜，同时转动载物台改变平面镜的方向，看到平面镜内望远镜镜圈的像及其内的绿色十字像。调节望远镜高低螺钉12及载物台调节螺钉，眼睛跟随平面镜反射的绿十字像移动，直到眼睛与望远镜目镜等高。再松开螺钉26，转动载物台180°，同上调法。此时，望远镜光轴大致垂直于仪器主轴。 ③调焦：缓慢转动载物台，从望远镜内观察，可看到绿色亮十字，松开目镜锁紧螺钉9，前后移动目镜套筒，直到在目镜中看到清晰的亮十字，锁定目镜锁紧螺钉9。至此，望远镜已调焦于无穷远。 ④调光轴：转动望远镜高低螺钉12，使绿十字像重合于分划板上方黑十字叉丝中心；将载物台转动半周，十字像若不重合于分划板上方黑色十字叉丝，则调节望远镜高低螺钉12，使绿十字像向分划板上方十字叉丝移近一半，调节载物台螺钉，使十字像移动剩下的一半重合于十字叉丝。这种各调一半的方法叫做“半调法”。反复使用半调法，直到平面镜两面反射回来的绿十字像都