《大学物理实验》课程教学资源（教材讲义）分光计的调节及光栅常数的测定

·72.大学物理实验[2］宋桂兰.1984.分析牛顿环实验中的误差.物理实验，4（06）：260—261.[3]王波.2003.Excel在误差计算及实验数据处理中的应用.大学物理实验，16(01):69—71.3.7分光计的调节和应用【引言】分光计又称光学测角仪，是一种分光测角光学实验仪器.它常用来测量折射率、色散率、光波波长、光栅常数和观测光谱等.分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，学好分光计的调整和使用，可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础3.7.1分光计的调节【实验目的】了解分光计的结构和基本原理，学习调整和使用方法，【分光计的结构和原理】分光计主要由5个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置.不同型号分光计的光学原理基本相同.JJY型分光计如图3-7-1所示X35B8910/22[23211/2012/19131618(back)1517图3-7-1JJY型分光计1一狭缝装置：2一狭缝装置锁紧螺钉：3一平行光管：4一元件夹：5一望远镜：6一目镜锁紧螺钉：7一阿贝式自准直目镜：8一狭缝宽度调节旋钮：9一平行光管光轴高低调节螺钉：10—平行光管光轴水平调节螺钉：11游标盘止动螺钉：12—游标盘微调螺钉：13一载物台调平螺钉（3只）：14一度盘：15—游标盘：16一度盘止动螺钉：17—底座；18一望远镜止动螺钉：19一载物台止动螺钉：20一望远镜微调螺钉：21一望远镜光轴水平调节螺钉：22一望远镜光轴高低调节螺钉：23一目镜视度调节手轮1.底座分光计底座中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转.2.平行光管

[2] 宋桂兰.1984.分析牛顿环实验中的误差.物理实验,4(06):260—261. [3] 王 波.2003.Excel 在 误 差 计 算 及 实 验 数 据 处 理 中 的 应 用.大 学 物 理 实 验, 16(01):69—71. 3灡7 分光计的调节和应用 暰引言暱 分光计又称光学测角仪,是一种分光测角光学实验仪器.它常用来测量折射率、色散率、光 波波长、光栅常数和观测光谱等.分光计是一种具有代表性的基本光学仪器,学好分光计的调 整和使用,可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础. 3灡7灡1 分光计的调节 暰实验目的暱 了解分光计的结构和基本原理,学习调整和使用方法. 暰分光计的结构和原理暱 分光计主要由5个部分构成:底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置.不同型 号分光计的光学原理基本相同.JJY 型分光计如图3灢7灢1所示. 图3灢7灢1 JJY 型分光计 1— 狭缝装置;2— 狭缝装置锁紧螺钉;3— 平行光管;4— 元件夹;5— 望远镜;6— 目镜锁紧螺钉;7— 阿贝 式自准直目镜;8— 狭缝宽度调节旋钮;9— 平行光管光轴高低调节螺钉;10— 平行光管光轴水平调节螺钉; 11— 游标盘止动螺钉;12— 游标盘微调螺钉;13— 载物台调平螺钉(3只);14— 度盘;15— 游标盘;16— 度盘 止动螺钉;17— 底座;18— 望远镜止动螺钉;19— 载物台止动螺钉;20— 望远镜微调螺钉;21— 望远镜光轴水 平调节螺钉;22— 望远镜光轴高低调节螺钉;23— 目镜视度调节手轮 1.底座 分光计底座中心固定有一中心轴,望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上,可绕中心轴旋转. 2.平行光管 ·72· 大学物理实验

第3章基础实验·73.平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光，平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2所示.狭缝宽度可调（范围0.02～2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节，当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光3.自准直望远镜阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座图3-7-2平行光管固定在一起并套装在度盘上，它用来观察和确定光线行进方向.自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成，如图3-7-3所示，三者间距可调.其中，分划板上刻有“丰”形叉丝：分划板下方与一块45°全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上刻有“十”形透光的窗口，当小电珠的光从管侧经另一直角面入射到棱镜上时，即照亮“十”字窗口，调节目镜，使目镜视场中出现清晰的“丰”形叉丝.在物镜前方放置一平面镜，前后移动分划板，使分划板位于物镜焦平面上，那么从棱镜“十”字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向前方平面境，其反射光又经物镜成像于分划板上，这时，从目镜中可同时看到清晰的“丰”形叉丝和绿色“十”字像，并且两者无视差.此时望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了，如果平面境的法线与望远镜光轴方向一致，则绿色“十”字像位于分划板“丰”形叉丝上方的十字丝上（如图3-7-3中的视场）d1一平面镜；2一物镜：3一分划板；4一小电珠；6一日镜：5一小棱镜；7一目镜视场；8一绿十字反射像6251图3-7-3阿贝式自准直望远镜的构造4.载物台载物台套装在游标盘上，可以绕中心轴转动，它用来放置光学元件.载物台的高低、水平状态可调.5.读数装置读数装置由度盘和游标盘组成.度盘圆周被分为720份，分度值为30，30°以下需用游标来读数.游标盘采用相隔180°的双窗口读数：游标上的30格与度盘上的29格角度相等，故游标的最小分度值为1，图3-7-4所示的位置应读作113°45°.0VMa(0AP120图3-7-4角游标的读法图 3-7-5偏心差图示

平行光管安装在固定立柱上,它的作用是产生平行光.平行光管由狭缝和透镜组成,如 图3灢7灢2所示.狭缝宽度可调(范围0灡02~2mm),透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行 调节.当狭缝位于透镜焦平面上时,由狭缝经过透镜出射的光为平行光. 图3灢7灢2 平行光管 3.自准直望远镜 阿贝式自准直望远镜安装在支臂上,支臂与转座 固定在一起并套装在度盘上.它用来观察和确定光线 行进方向.自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成,如图3灢7灢3所示,三者间距可调.其中, 分划板上刻有“ 暠形叉丝;分划板下方与一块45曘全反射小棱镜的直角面相贴,直角面上刻有 “十暠形透光的窗口,当小电珠的光从管侧经另一直角面入射到棱镜上时,即照亮“十暠字窗口. 调节目镜,使目镜视场中出现清晰的“ 暠形叉丝.在物镜前方放置一平面镜,前后移动分划 板,使分划板位于物镜焦平面上,那么从棱镜“十暠字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向 前方平面境,其反射光又经物镜成像于分划板上.这时,从目镜中可同时看到清晰的“ 暠形叉 丝和绿色“十暠字像,并且两者无视差.此时望远镜已调焦至无穷远,适合观察平行光了.如果 平面境的法线与望远镜光轴方向一致,则绿色“十暠字像位于分划板“ 暠形叉丝上方的十字丝 上(如图3灢7灢3中的视场). 图3灢7灢3 阿贝式自准直望远镜的构造 1— 平面镜; 2— 物镜; 3— 分划板; 4— 小电珠; 5— 小棱镜; 6— 目镜; 7— 目镜视场; 8— 绿十字反射像 4.载物台 载物台套装在游标盘上,可以绕中心轴转动,它用来放置光学元件.载物台的高低、水平状 态可调. 5.读数装置 读数装置由度盘和游标盘组成.度盘圆周被分为720份,分度值为30曚,30曚以下需用游标 来读数.游标盘采用相隔180曘的双窗口读数;游标上的30格与度盘上的29格角度相等,故游 标的最小分度值为1曚,图3灢7灢4所示的位置应读作113曘45曚. 图3灢7灢4 角游标的读法 图3灢7灢5 偏心差图示 第3章 基础实验 ·73·

大学物理实验:74:采用双游标读数，是为了消除度盘中心与仪器中心轴不重合而引起的偏心差.测量时记录下两个窗口读数然后取平均值即可.如图3-7-5所示，当度盘中心O与分光计中心轴O不重合时，转过角度α所对应游标数P'O和PQ均不等于OO重合时转过α角所对应正确读数M'N和MN（MN-MN），但根据平面几何知识很容易证明（PQ+PQ）-MN=MN，采用双游标可使偏心差得以消除【实验内容】在进行分光计的调节前，首先应明确对分光计的调节要求：①望远镜适合观察平行光，或称望远镜聚焦于无穷远：②平行光管能发射平行光：③望远镜和平行光管的光轴均与分光计中心轴垂直.然后对照仪器熟悉结构和各调节螺钉的作用一、目测粗调用眼晴直接观察，调节望远镜和平行光管的光轴高低调节螺钉（22和9），使两者的光轴尽量呈水平状态；调节载物台下3只调平螺钉13，使载物台呈水平状态.粗调完成得好，可以减少后面细调的盲目性，使实验顺利进行，二、细调1.调节望远镜适合观察平行光（1）目镜的调焦.调节目镜视度调节手轮23，使视场中分划板“丰”形叉丝清晰（2）接通望远镜灯源，将平面镜接图3-7-6所示位置放在载物台上，缓慢转动载物台，从望远镜中可见经平面镜反射的“十”字像（或光斑），若找不到说明粗调未调好，需重新判断并调整载物台和望远镜的水平，直至视场中能看到“十”字像（或光斑）1一平行光管：2一载物台调平螺钉；3—平面镜：4—望远镜123图3-7-6平台镜在载物台上的位置（3）望远镜的调焦.松开目镜锁紧螺钉6，前后移动目镜简，可从望远镜中看到变得清晰的绿“十”字像，当“十”字像清晰且与分划板叉丝无视差时，望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了，调好后锁紧目镜锁紧螺钉2.调节望远镜光轴垂直于分光计中心从前面分光计调节原理知道，当望远镜光轴垂直于平面镜时，绿“十”字像应在分划板上

采用双游标读数,是为了消除度盘中心与仪器中心轴不重合而引起的偏心差.测量时记录 下两个窗口读数然后取平均值即可.如图3灢7灢5所示,当度盘中心O曚与分光计中心轴O 不重合 时,转过角度毩所对应游标数 掞梺採 P曚O曚和 氞PQ 均不等于OO曚重合时转过毩 角所对应正确读数 掞梺梺採 M曚N曚 和M 氞N( 掞梺梺採 M曚N曚=M 氞N),但根据平面几何知识很容易证明1 2 ( 掞梺採 P曚Q曚+ 氞PQ)= 掞梺梺採 M曚N曚=M 氞N,采用双 游标可使偏心差得以消除. 暰实验内容暱 在进行分光计的调节前,首先应明确对分光计的调节要求:栙 望远镜适合观察平行光,或 称望远镜聚焦于无穷远;栚 平行光管能发射平行光;栛 望远镜和平行光管的光轴均与分光计 中心轴垂直.然后对照仪器熟悉结构和各调节螺钉的作用. 一、目测粗调 用眼睛直接观察,调节望远镜和平行光管的光轴高低调节螺钉(22和9),使两者的光轴尽 量呈水平状态;调节载物台下3只调平螺钉13,使载物台呈水平状态.粗调完成得好,可以减少 后面细调的盲目性,使实验顺利进行. 二、细调 1.调节望远镜适合观察平行光 (1)目镜的调焦.调节目镜视度调节手轮23,使视场中分划板“ 暠形叉丝清晰. (2)接通望远镜灯源,将平面镜按图3灢7灢6所示位置放在载物台上,缓慢转动载物台,从望 远镜中可见经平面镜反射的“十暠字像(或光斑),若找不到说明粗调未调好,需重新判断并调 整载物台和望远镜的水平,直至视场中能看到“十暠字像(或光斑). 图3灢7灢6 平台镜在载物台上的位置 1— 平行光管; 2— 载物台调平螺钉; 3— 平面镜; 4— 望远镜 (3)望远镜的调焦.松开目镜锁紧螺钉6,前后移动目镜筒,可从望远镜中看到变得清晰的 绿“十暠字像,当“十暠字像清晰且与分划板叉丝无视差时,望远镜已调焦至无穷远,适合观察平 行光了.调好后锁紧目镜锁紧螺钉. 2.调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴 从前面分光计调节原理知道,当望远镜光轴垂直于平面镜时,绿“十暠字像应在分划板上 ·74· 大学物理实验

第3章基础实验:75.方十字丝位置，如图3-7-7所示，如果转动载物台180°平面镜随之旋转）后，经平面镜另一面反射的绿绿“十”字像也出现在上方十学丝位置，说明平面镜和分"+"光计中心轴平行，因而望远镜光轴垂直于分光计中字像心轴.调节时，首先要求从望远镜中能观察到载物台旋转180°前后经平面镜两面反射的绿“十”字像，然后采用渐进法调节使绿“十”字像均重合在分划板上方十字图3-7-7丝位置：（1）转动载物台180，观察视场中有无经平面镜另一面反射的绿于学像，若没有需适当调节载物台和望远镜的水平，直至任意转动载物台180°均能在望远镜中看到经平面镜两面反射的绿“十”字像。要从望远镜中看到反射“十字像，应便反射光线进人望远镜可转动载物台，便望远镜光轴与平面镜法线成一小角度，眼晴在望远镜外侧观察平面镜，找到反射的“十”字像，再调节载物台和望远镜水平，便望远镜能接受到反射光束，从自镜视场中看到“十”字像（2）采用渐近法将“十”字像调到分划板上十字丝位置：先调载物台调平螺钉（a2或αs）使绿“十”字像到分划板上横丝距离减少一半：再调望远镜光轴高低调节螺钉使绿“十”字像与分划板上横丝重合，然后转动载物台180°，重复上面调节步骤，反复几次即可将“十”字像调到上横丝上，细微转动载物台使“十”字像与上方十字丝完全重合.此后望远镜光轴高低调节螺钉不可再动3.调节载物平台法线与分光计中心轴平行将平面镜相对载物台转动90°，再转动载物台90°，调平台调平螺钉a1使平面镜反射的绿“十”字像与分划板上方十字丝重合。4.调节平行光管能发出平行光关闭望远镜光源，打开钠光灯照亮平行光管狭缝.用已调好的望远镜对准平行光管观察，松开狭缝装置锁紧螺钉2，前后移动狭缝套简，使望远镜中看到清晰的狭缝像，并且与叉丝无视差，此时平行光管发出平行光5.调节平行光管光轴垂直于分光计中心轴松开狭缝装置锁紧螺钉2，转动狭缝成水平状态，调节平行光管光轴高低调节螺钉9，使望远镜中看到狭缝像被分划板图3-7-8中央横丝上下平分，如图3-7-8所示，再转动狭缝90°成竖直状态，狭缝被中央横丝上不平分，此时，平行光管光轴与分光计中心轴垂直.在调节过程中应始终保持狭缝像清晰.3.7.2光栅常数的测定衍射光栅是由大量平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成，常分为透射光栅和反射光栅，是一种精密的分光元件【实验目的】

图3灢7灢7 方十 字 丝 位 置,如 图 3灢7灢7 所 示,如 果 转 动 载 物 台 180曘(平面镜随之旋转)后,经平面镜另一面反射的绿 “十暠字像也出现在上方十字丝位置,说明平面镜和分 光计中 心 轴 平 行,因 而 望 远 镜 光 轴 垂 直 于 分 光 计 中 心轴. 调节时,首先要求从望远镜中能观察到载物台旋 转180曘前后经平面镜两面反射的绿“十暠字像,然后采 用渐进法调节使绿“十暠字像均重合在分划板上方十字 丝位置: (1)转动载物台180曘,观察视场中有无经平面镜另一面反射的绿“十暠字像,若没有需适当 调节载物台和望远镜的水平,直至任意转动载物台180曘均能在望远镜中看到经平面镜两面反 射的绿“十暠字像. 要从望远镜中看到反射“十暠字像,应使反射光线进入望远镜.可转动载物台,使望远镜光 轴与平面镜法线成一小角度,眼睛在望远镜外侧观察平面镜,找到反射的“十暠字像,再调节载 物台和望远镜水平,使望远镜能接受到反射光束,从目镜视场中看到“十暠字像. (2)采用渐近法将“十暠字像调到分划板上十字丝位置:先调载物台调平螺钉(a2 或a3)使 绿“十暠字像到分划板上横丝距离减少一半;再调望远镜光轴高低调节螺钉使绿“十暠字像与分 划板上横丝重合,然后转动载物台180曘,重复上面调节步骤,反复几次即可将“十暠字像调到上 横丝上,细微转动载物台使“十暠字像与上方十字丝完全重合.此后望远镜光轴高低调节螺钉 不可再动. 3.调节载物平台法线与分光计中心轴平行 将平面镜相对载物台转动90曘,再转动载物台90曘,调平台调平螺钉a1 使平面镜反射的绿 “十暠字像与分划板上方十字丝重合. 4.调节平行光管能发出平行光 图3灢7灢8 关闭望远镜光源,打开钠光灯照亮平行光管狭缝.用已 调好的望远镜对准平行光管观察,松开狭缝装置锁紧螺钉 2,前后移动狭缝套筒,使望远镜中看到清晰的狭缝像,并且 与叉丝无视差,此时平行光管发出平行光. 5.调节平行光管光轴垂直于分光计中心轴 松开狭缝装置锁紧螺钉2,转动狭缝成水平状态,调节平 行光管光轴高低调节螺钉9,使望远镜中看到狭缝像被分划板 中央横丝上下平分,如图3灢7灢8所示,再转动狭缝90曘成竖直 状态,狭缝被中央横丝上下平分.此时,平行光管光轴与分光计中心轴垂直.在调节过程中应始终 保持狭缝像清晰. 3灡7灡2 光栅常数的测定 衍射光栅是由大量平行、等宽、等距的狭缝(或刻痕)构成,常分为透射光栅和反射光栅, 是一种精密的分光元件. 暰实验目的暱 第3章 基础实验 ·75·

大学物理实验:76:1.观察光栅衍射现象，理解光栅衍射基本规律2.学会用分光计测光栅常数，【实验原理】设透射光栅的缝宽为a，不透光部分宽度为b，（a十b）=d称为光栅常数.当单色平行光垂直入射到衍射光栅上，通过每个缝的光都将发生衍射，不同缝的光彼此干涉，当衍射角满足光栅方程(3-7-1)dsing=从k=0,±1，±2,时，光波加强产生主极大，若在光栅后加一会聚透镜，则在其焦平面上形成分隔开的对称分布的细锐明条纹，如图3-7-9所示。:dQpk=-2k=-1 k=0k=1Vk=2:7光栅透镜光强分布图光栅衍射条纹图3-7-9光栅衍射原理图在（3-7-1）式中，入为单色光波长，k是明条纹级数.如果光源是包含不同波长光波的复色光，经光栅衍射后，对不同波长的光，除零级外，由于同一级主极大有不同的衍射角，因此在零级主极大两边出现对称分布、按波长次序排列的谱线，称为光栅光谱根据光栅方程，若以已知波长的单色平行光垂直入射，只要测出对应级次条纹的衍射角，即可求出光栅常数d.同样，若d已知，即可求得人射光波长入，【实验仪器】分光计（JJY型），平面镜，衍射光栅，光源（钠光灯）【实验内容】1.按图3-7-1的要求调节好分光计，2.将衍射光栅放在载物台上（按图3-7-6中平面镜位置）.3.调节光棚栅平面与望远镜光轴垂直，打开望远镜灯源，仔细观察被光栅平面反射的“十”字像，转动载物台并调节载物台调平螺钉α2或as：使“十”字像与分划板上方十字丝重合，注意：望远镜光轴已调好不能再动4.调节光栅的刻痕线平行于分光计中心轴.转动望远镜，观察衍射条纹，仔细调节载物台调平螺钉&1，便视场中见到的各级亮纹等高5.测量衍射角（本实验中测量左右k级条纹的夹角即2），固定游标盘和载物台，推动支臂使望远镜和度盘一起转动，将望远镜分划板竖直线移至左边第三级条纹外，然后向右推动支臂使分划板竖直线靠近第三级明纹的左边缘（或右边缘），利用望远镜微调螺钉（20）使条纹

1.观察光栅衍射现象,理解光栅衍射基本规律. 2.学会用分光计测光栅常数. 暰实验原理暱 设透射光栅的缝宽为a,不透光部分宽度为b,(a+b)=d称为光栅常数.当单色平行光垂 直入射到衍射光栅上,通过每个缝的光都将发生衍射,不同缝的光彼此干涉,当衍射角满足光 栅方程 dsin氄=k毸 k=0,暲1,暲2,. (3灢7灢1) 时,光波加强,产生主极大.若在光栅后加一会聚透镜,则在其焦平面上形成分隔开的对称分布 的细锐明条纹,如图3灢7灢9所示. 图3灢7灢9 光栅衍射原理图 在(3灢7灢1)式中,毸为单色光波长,k是明条纹级数.如果光源是包含不同波长光波的复色 光,经光栅衍射后,对不同波长的光,除零级外,由于同一级主极大有不同的衍射角氄,因此在 零级主极大两边出现对称分布、按波长次序排列的谱线,称为光栅光谱. 根据光栅方程,若以已知波长的单色平行光垂直入射,只要测出对应级次条纹的衍射角 氄,即可求出光栅常数d.同样,若d已知,即可求得入射光波长毸. 暰实验仪器暱 分光计(JJY 型),平面镜,衍射光栅,光源(钠光灯). 暰实验内容暱 1.按图3灢7灢1的要求调节好分光计. 2.将衍射光栅放在载物台上(按图3灢7灢6中平面镜位置). 3.调节光栅平面与望远镜光轴垂直.打开望远镜灯源,仔细观察被光栅平面反射的“十暠 字像,转动载物台并调节载物台调平螺钉a2 或a3,使“十暠字像与分划板上方十字丝重合.注 意:望远镜光轴已调好不能再动. 4.调节光栅的刻痕线平行于分光计中心轴.转动望远镜,观察衍射条纹,仔细调节载物台 调平螺钉a1,使视场中见到的各级亮纹等高. 5.测量衍射角氄k(本实验中测量左右k级条纹的夹角即2氄k),固定游标盘和载物台,推动 支臂使望远镜和度盘一起转动,将望远镜分划板竖直线移至左边第三级条纹外,然后向右推动 支臂使分划板竖直线靠近第三级明纹的左边缘(或右边缘),利用望远镜微调螺钉(20)使条纹 ·76· 大学物理实验

第3章基础实验.77.边缘与分划板竖线严格对准，记录此时游标盘左、右窗读数α，和β，继续向右移动望远镜依次记录左边第二级、第一级明纹读数α和β以及右边一、三、三级明纹读数α和β，各级条纹都在对准左边缘（或右边缘）时读数6.重复步骤5，逐次测量各级条纹位置共6次.所有数据记录于表3-7-1中表 3-7-1入=5893A左边条纹右边条纹衍射角级数k次数n光栅常数a./A（左窗）β（右窗）（左窗）β（右窗）Pe01231461232461233456【数据处理】[(α+-（a+]1.计算第k级衍射角：Zaka2.按（3-7-1）式计算：dd=3sin3.计算不确定度：简化处理，以k=1时的u（di）近似表示A仅=1'=2.908×10-rad,u(d,) -m(g1).sin14.写出结果表达式：d=d±U(d).【注意事项】1.分光计是较精密的光学仪器，应按照要求进行调整和使用，以免损坏仪器，2.取光学元件（平面镜、光栅）时要轻拿轻放，勿用手触摸光学表面.【预习思考题】1.分光计的调节要求有哪些？

边缘与分划板竖线严格对准,记录此时游标盘左、右窗读数毩3 和毬3,继续向右移动望远镜依次 记录左边第二级、第一级明纹读数毩k 和毬k 以及右边一、二、三级明纹读数毩k曚和毬k曚,各级条纹 都在对准左边缘(或右边缘)时读数. 6.重复步骤5,逐次测量各级条纹位置共6次,所有数据记录于表3灢7灢1中. 表3灢7灢1 毸 =5893晎A 级数k 次数n 左边条纹 毩k(左窗) 毬k(右窗) 右边条纹 毩k(左窗) 毬k(右窗) 衍射角 氄k 氄k 光栅常数dk/晎A 1 1 2 3 4 5 6 2 1 2 3 4 5 6 3 1 2 3 4 5 6 暰数据处理暱 1.计算第k级衍射角氄k:氄k = 1 4 [(毩k +毬k)- (毩k曚+毬k曚)] . 2.按(3灢7灢1)式计算:dk = k毸 sin氄焻k ,d= 暺 3 k=1 dk 3 . 3.计算不确定度:简化处理,以k=1时的u(d1)近似表示. 殼仪 =1曚=2灡908暳10-4rad, u(d1)= cos氄1 sin2氄1 毸u(氄1). 4.写出结果表达式:d=d暲U(d1). 暰注意事项暱 1.分光计是较精密的光学仪器,应按照要求进行调整和使用,以免损坏仪器. 2.取光学元件(平面镜、光栅)时要轻拿轻放,勿用手触摸光学表面. 暰预习思考题暱 1.分光计的调节要求有哪些? 第3章 基础实验 ·77·

:78:大学物理实验2.调节望远镜适合观察平行光即达到调焦无穷远时，目镜视场中看到的绿“十”字像和分划板叉丝应满足什么要求？如何调节？3.望远镜光轴与分光计中心轴不垂直时，应如何调节？【讨论思考题】用（3-7-1）式测光栅常数d的条件是什么23.7.3三棱镜顶角与折射率的测量【实验目的】1.熟悉分光计的调整与使用方法.2.掌握三棱镜顶角的测量方法3.学习用最小偏向角测折射率的原理和技能【实验原理】1.三棱镜顶角的测量分光计是用来准确测量光线偏转角度的仪器，利用自准直望远镜可测出垂直于顶角两侧面的两条光线的夹角，从而确定顶角；也可采用平行光管发出的平行光对着顶角入射，用望远镜测出两反射光方向来测定顶角。2.用最小偏向角测定三棱镜折射率如图3-7-10所示，α是三棱镜顶角，8是人射光与出射光线的夹角，称为偏向角，偏向角的大小与入射角i有关，改变入射角8可出现极小值8=。，。称为最小偏向角.此时AOi=i2=%±,由折射定律，三棱镜的折射率n为2sin( +a)2(3-7-2)n=sino.12【实验仪器】BC分光计，平面镜，钠光灯，三棱镜。图3-7-10单色光经三棱镜折射【实验要求】1.确定一种测顶角的方法，写出测量原理与顶角的计算公式，画出光路图，2.说明确定最小偏向角的实验方法，3.拟定实验步骤，4.复习分光计调整方法.【拓展阅读】[1]丁慎训，张孔时.物理实验教程.北京：清华大学出版社，1992.[2]蒋卫健，方本民等.2011.分光计实验中光栅位置倾斜对测量谱线波长的影响.大学物理，30（3）：34—37.【3]张艳亮，周明东.2007.用分光计研究三棱镜的色分辨本领物理实验，27（9）：3637

2.调节望远镜适合观察平行光即达到调焦无穷远时,目镜视场中看到的绿“十暠字像和分 划板叉丝应满足什么要求? 如何调节? 3.望远镜光轴与分光计中心轴不垂直时,应如何调节? 暰讨论思考题暱 用(3灢7灢1)式测光栅常数d的条件是什么? 3灡7灡3 三棱镜顶角与折射率的测量 暰实验目的暱 1.熟悉分光计的调整与使用方法. 2.掌握三棱镜顶角的测量方法. 3.学习用最小偏向角测折射率的原理和技能. 暰实验原理暱 1.三棱镜顶角的测量 分光计是用来准确测量光线偏转角度的仪器,利用自准直望远镜可测出垂直于顶角两侧 面的两条光线的夹角,从而确定顶角;也可采用平行光管发出的平行光对着顶角入射,用望远 镜测出两反射光方向来测定顶角. 2.用最小偏向角测定三棱镜折射率 如图3灢7灢10所示,毩是三棱镜顶角,毮是入射光与出射光线的夹角,称为偏向角.偏向角毮 的大小与入射角i1 有关,改变入射角i1,毮可出现极小值毮min =毮0,毮0 称为最小偏向角.此时, 图3灢7灢10 单色光经三棱镜折射 i1 =i2 = 毮0 +毩 2 ,由折射定律,三棱镜的折射率n为 n= sin æ毮0 +毩 è ç ö ø ÷ 2 sin æ毩 è ç ö ø ÷ 2 . (3灢7灢2) 暰实验仪器暱 分光计,平面镜,钠光灯,三棱镜. 暰实验要求暱 1.确定一种测顶角的方法,写出测量原理与顶角的计算公式,画出光路图. 2.说明确定最小偏向角的实验方法. 3.拟定实验步骤. 4.复习分光计调整方法. 暰拓展阅读暱 [1] 丁慎训,张孔时.物理实验教程.北京:清华大学出版社,1992. [2] 蒋卫健,方本民等.2011.分光计实验中光栅位置倾斜对测量谱线波长的影响.大学 物理,30(3):34-37. [3] 张艳亮,周明东.2007.用分光计研究三棱镜的色分辨本领.物理实验,27(9):36 -37. ·78· 大学物理实验