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基于CCD成像系统的分光计系列实验 【实验目的】 1、了解分光计的结构，掌握分光计的调节与使用 2、掌握三棱镜顶角、折射率的测量 3、学会用掠入射法测量液体折射率 4、会用分光计进行光栅衍射实验 【实验原理】 1.分光计的结构 分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和刻度盘五部分组成，外形如图1所示。 这是要将分划板调到物镜焦平面上，调整方法是： (a)首先将望远镜对尽量远的物体调焦，然后将双面平面镜放到载物台上，为了便于调节，平面镜与载物台下三个调节旋扭的相对位置如图6所示，镜面与其中两个旋扭的连线垂直。 (b)粗调望远镜光轴与镜面垂直——用眼睛估测一下，把望远镜调成水平，再调载物台螺钉，使镜面大致与望远镜垂直。 (c)观察与调节镜面反射像——固定望远镜，双手转动游标盘，于是载物台跟着一起转动。 转到平面镜正好对着望远镜时，在目镜中应看到一个绿色亮十字随着镜面转动而动，这就是镜面反射像。如果像有些模糊，如图7（a）所示，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰，如图7（b）所示，再旋紧望远镜止动旋扭，则望远镜已对平行光聚焦。 由于望远镜的视场较小，对着望远镜往往一开始看不到反射的“＋”像，说明从望远镜射出的光没有被平面镜反射到望远镜中，因此，须先用“外视法”进行调节。其方法如下：转动游标盘，载物台及上面的平面镜也随之转动，使望远镜处在稍偏离平面镜法线的位置。在望远镜的高度上，沿望远镜外侧面对着平面镜观察寻找“＋”字像，如果该像在望远镜的延长线上偏高或偏低，要适当调节望远镜的仰角调节旋扭和载物台的调平旋扭，使“＋”像的高低基本上处在望远镜的延长线上。然后，再将望远镜正对平面镜，用前面所述的调节物镜的方法（“内视法”）调节物镜聚焦。如果望远镜正对平面镜时还看不到 “＋”字像，再用“外视法”进行调节。 Ⅱ、调整望远镜光轴垂直仪器转轴 当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的上十字线中心，如图8所示。平面镜绕轴转180°后，如果另一镜面的 反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器转轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也垂直仪器转轴。 在调整过程中出现的某些现象是何原因?调整什么?应如何调整，这是要分析清楚的。例如，是调载物台?还是调望远镜?调到什么程度?下面简述之。 ①载物台未调好的表现及调整 假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台未调好，见图9平面镜面反射光偏上，载物台转180°后，面反射光偏下，在目镜中看到的现象是面反射像在面反射像的上方。显然，调整方法是把面像(或面像)向上(向下)调到两像点距离的一半，使镜面和的像落在分划板上同一高度。 ②望远镜光轴未调好的表现及调整 假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，见图10在图(a)中，无论平面镜面还是面，反射光都偏上，反射像落在分划板上十字线的上方。在图(b)中，镜面反射光都偏下，反射像像落在上十字线的下方。显然，调整方法是只要调整望远镜仰角调节旋扭，把像调到上十字线上即可，见图(c)。 ③载物台和望远镜光轴都没调好的表现和调整方法 其表现是两镜面反射像一上一下，先调望远镜仰角调节旋扭，使两反射像关于上十字线一上一下呈对称，如图11所示。然后调节载物台水平调节旋扭，使两反射像同时向上十字线逼近，并最终调至重合，如图8所示。 Ⅲ、调整平行光管发出平行光并垂直仪器转轴 将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平面上，物镜将出射平行光。 调整方法是：取下平面镜并关闭目镜照明光源，狭缝对准前方汞灯或钠灯光源，使望远镜正对平行光管方向，在目镜中观察狭缝像，沿轴向移动狭缝筒，直到像清晰。这表明光管已发出平行光，为什么? 再将狭缝调至倾斜位置，并使狭缝的中心位于中间十字线的交叉点上，此时，平行光管光轴已与望远镜光轴平行，并近似重合。 至此，分光计调节完毕，可将其用于相关角度的测量。 Ⅳ、相关实验现象示例 - - 图13 光栅衍射实验现象 图12 掠入射法测量介质折射率实验现象 图11 调节两反射像关于上十字线对称示意图 （b） （a） 图10 望远镜光轴没调好的表现及调整原理 图9 载物台未调好的的表现及调整原理 图8 调节完成后“＋”字像位置示意图 图7 望远镜适应平行光调节示意图 （b） （a） 图6 载物台上双面镜放置俯视图 调节旋扭 图5 对十字叉丝分划板调焦后的界面 图4 软件界面 图3 实验装置图 图2 望远镜结构 CCD 图1 分光计外形图