BUAA基础物理实验研究报告.doc

摘要： 分光仪是分光测角仪的简称，它能精确地测量平行光线的偏转角度。本文就分光仪的调节与反射法测量三棱镜的顶角进行了分析，首先介绍了分光仪的使用方法以及实验步骤进行了说明，然后对得到数据进行了处理和不确定度分析。对实验过程中的经验技巧进行了总结，提出了自己的改进建议。最后对与分光仪其他的应用进行了研究与探讨，并总结了自己的感想。 关键词：分光仪 反射法 经验总结 实验改进 拓展应用  一、实验目的 1.了解分光仪的构造及其主要部件的作用； 2.学习并掌握分光仪的调节原理与调节方法； 3.掌握自准直法和逐次逼近调节法，巩固消视差调节技术； 4.学会用反射法测量三棱镜的顶角。 二、实验原理 1.仪器介绍 分光仪的结构因型号的不同各有差别，但基本结构是相同的，一般都由底座、刻度读书盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。下面介绍JJY型分光仪。 图1 ⑴三角底座 在三角底座中心，装有一垂直的固定轴，望远镜、主刻度圆盘、游标刻度圆盘都可绕它旋转，这一固定轴称为分光仪主轴。 ⑵刻度圆盘 圆盘上刻有角度数值的称为主刻度盘，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（角游标）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’。主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完全相同。 ⑶载物平台 载物平台用来放置光学元件，如棱镜、光栅等，在其下方有载物台调平螺钉3只，以调节平台倾斜度。用载物台锁紧螺丝可调节载物平台的高度，当固紧时平台与游标刻度盘固联。固紧游标盘锁紧螺钉，可使游标盘与主轴固联；拧动游标盘微调螺丝，可使载物台与游标盘一起微动。 ⑷自准直望远镜 图2 1．平面反射镜 2．物镜 3．叉丝分划板 4．小电珠 5．全反射棱镜 6．目镜 7．目镜视场 8．绿十字反射像 自准直望远镜的结构如图2所示。它由目镜、全反射棱镜、叉丝分划板及物镜组成。目镜装在6处，全反射棱镜和叉丝分划板装中间套筒内，物镜装在2处。叉丝分划板上刻有双十字叉丝和透光小十字刻线，并且与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4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，必成像于焦平面上，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。这种调节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。 ⑸平行光管 图3 平行光管与底座固联，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筒，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。 2.反射法测三棱镜顶角原理 图4 图5 反射法测顶角须使入射平行光经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通过主轴才能进入望远镜。如果主轴中心远离顶角A，AB、AC面的反射光不能通过主轴，从而也就不能通过望远镜；只有如图4所示，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平移靠主轴中心处。 旋转载物台至三棱镜顶角A对准平行光管，使部分平行光由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θ，由图5可知: 又因为 故有 三、实验仪器 分光仪、平面反射镜、三棱镜、钠灯及电源 四、实验步骤 1.分光仪的调整 分光仪常用于测量入射光与出射光之间的角度，为了能够准确测得此角度，必须满足两个条件： 1) 入射光与出射光（如反射光、折射光）均为平行光； 2) 入射光与出射光都与主刻度盘平面平行。为此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（即平行于刻度盘平面）；使望远镜接收平行光，其光轴垂直于仪器主轴；须调整载物平台，使其上旋转的分光元件的光学平面平行于仪器主轴。下面介绍调整方法。 I.粗调 调节水平调节螺钉，使望远镜居于支架中央，并目测