清华大学分光计实验报告

大学物理实验报告

分光计的调节和色散曲线的测定

实验名称：分光计的调节和色散曲线的测定

【实验目的】

（1）了解分光计的原理与构造，学会调节分光计； （2）用最小偏向角法测定玻璃折射率； （3）掌握三棱镜顶角的两种测量方法。

一、分光计的调节及其原理

（1）分光计的主要装置：望远镜，小平台，度盘，平行光管 氦光谱管 主要配件：三棱镜，平面镜

分光计外形如图1

（2）分光计的调节

先进行粗调，通过自己的感觉，调整使得望远镜，小平台，平行光管与度盘平面平行，且小平台高度应与望远镜和平行光管下部齐平（为使得之后三棱镜放

置位置合适，能够折射平行光管发出的光） 粗调好后

1望远镜的调节： 望远镜内部构造如图2 ○

1. 接通图1-10下方小灯，从望远镜目镜观察图2-6处出现绿光，调节图2-7装置使得能看清图2-3中“”形

2. 往小平台上放置一个平面镜正对望远镜物镜且与载

物台调平螺钉中的两个的连线平行，微微调节图1-14找到较强绿光闪现位置，调节1-12装置使得该绿光出现在视野中央，调节1-9装置使得其成像清晰，如图2-8所示，再调1-12将其置于2-8所处位置并调整1-9使其消除视差。此时望远镜已经适于观察平行光。

2细调望远镜⊥分光计主轴 ○

将小平台旋转180°后捕捉到另一个2-8所示的像，但是此时该像并不在2-8所处位置（若还在该位置，则此时小平台和望远镜⊥分光计主轴），此时先调节小平台连线与平面镜平行的螺钉，使像与目标位置距离缩短与目标位置距离的一半，再通过调节1-9使其达到目标位置；再将小平台旋转180°，重复上述操作，直至像始终在2-8位置。此时望远镜⊥分光计主轴。

3调节平行光管 ○

1.调节平行光管发出平行光

通过望远镜观察平行光管，调节1-28使得狭缝像应是一条轮廓清楚的窄长条，而不是边缘模糊的亮条；狭缝像应与叉丝无视差；狭缝宽度应合适，实验中缝像约１mm宽即可。

2.调节平行光管光轴⊥分光计主轴

调节平行光管的调水平螺钉，使狭缝像被‘ '叉丝中心线平分，平行光管也就垂直于分光计主轴了。

4三棱镜两光学面法线垂直于分光计主轴 ○

先粗调小平台使之平行于度盘平面

再以三棱镜一条边垂直两个螺钉连线的方位放置三棱镜于小平台，通过望远镜对准其中一个光学面观察2-8的像，调节小平台螺钉使之回到2-8位置，在旋转小平台，对准另一个光学面重复上述操作，如此重复，直到两个光学面都使像到达2-8位置。

5刻度盘 ○

度盘垂直于分光计的主轴且可绕主轴转动，为消除偏心差，采用了两个位置相差180°的游标读数。刻度盘的分度值为0.5°，

0.5°以下则用游标来读数。游标的最小分度值为1'。

6氦光谱管 ○

氦光谱管是将稀薄的氦气封闭在玻璃管内制成。管得两端各装一个电极，两

电极间加高电压后产生放电并且发光，通过三棱镜分光可得到氦的线光谱。

波长表 波长 颜色

二、最小偏向角法测折射率

入射光和出射光之间的夹角最小时，入射角与出射角大小相等。由几何原理及折射定律可得棱

447.1 蓝紫 471.3 蓝 492.2 蓝绿 501.6 浅绿 587.6 667.8 706.6 暗红 黄 大红 镜玻璃的折射率ｎ为：

操作：将三棱镜侧放于小平台，使得入射光方向如i，在另一个光学面i’方向通过肉眼观察到平行

光管出射镜口，镜口中有9条谱线，用手指在镜口与三棱镜之间轻轻挡住（不能触摸），谱线消失（排除其他人实验的干扰），换成望远镜观察这些谱线。转动小平台，当棱镜转到某个位置时，谱线不再移动，继续使棱镜沿原方向转动时，谱线反而向相反方向移动，即偏向角反而变大，这个转折位置就是最小偏向角位置。检查确认后，测出此时出射光的方位，与入射光方位相减得到该谱线的最小偏向角。

三、三棱镜顶角测量原理 1、自准法测三棱镜顶角

由图可知，只要测出三棱镜两个光学面的法线之间的夹角，即可求得顶角

。

操作：用望远镜正对一个光学面，观察到2-8位置处像，记录位置，在另一个光学面重复该操作，两个位置只差即为

2、平行光管法测三棱镜顶角

一束平行光被三棱镜的两个光学面反射后，只要测出两束反射光之间的夹角，即可求得顶

角

【实验数据与数据处理】

1. 实验条件：姓名：曾毅强 座位号：15 三棱镜编号：15

入射光方位： 2.实验数据

用自准法测量三棱镜定角A的数据记录表：

1 游标Ⅰ 740’ 24745’ 11955’ 游标Ⅱ 18740’ 6745’ 游标Ⅰ 519’ 24524’ 2 3 游标Ⅱ 游标Ⅰ 游标Ⅱ 18518’ 1941’ 19940’ 6522’ 25945’ 7943’ 仪

=1‘

10= 3045’ ；20= 1244’

测量序号 第一位置T1 第二位置T2 iT1T2 (III)/2

计算A

11955’ 11955’ 11956’ 11956’ 11957’ 11956’ 11957’ 11955’ 12+12

sx=1′ ̅=√2Δ随=tP(ν)sx̅=2.45′

则ΔA总=√(ΔA仪)+(ΔA随)=2.65‘

22

1对三次的取平均，得=11956’，因此三棱镜顶角A=2=604’±2.65‘

测量最小偏向角的数据记录表：

氦谱线波长/nm 447.1 471.3 492.2 501.6 587.6 667.8 706.6 1 2 n12 AA (A)/2 sin/sin()/211022012225320’ 5244’ 5222’ 5213’ 513’ 5026’ 5013’ 5321’ 5246’ 5222’ 5213’ 513’ 5025’ 5014’ 5320.5’ 5245’ 5222’ 5213’ 513’ 5025.5’ 5013.5’ 5242.25’ 5624.5’ 5613’ 568.5’ 5533.5’ 5514.75’ 558.75’ 1.6683 1.6628 1.6590 1.6577 1.6463 1.6400 1.6380 25045’ 7043’ 25121’ 7118’ 25143’ 7142’ 25151’ 7152’ 2532’ 731’ 25339’ 7339’ 25352’ 7350’ 计算

：

sx=|𝛿1−𝛿2|

Δ随=tp(1)𝑠𝑥√1 （其中v=n-1=1）

Δδ总=√(𝛥𝛿随)+(𝛥𝛿仪)

22

由

nsinAAsin22

2Δn∂lnn2∂lnn=√()(Δδ)2+()⋅(ΔA)2 n∂δ∂AA+δA+δA

=√(𝛥𝛿)2(cot2)+(𝛥𝐴)2(cot2−cot2)

22n（1）取实验中一组数据（黄光）513’ A=604‘代入，有n=0.00083

n=1.646253793 得

n=0.0014 故n可取4位有效数字

故n=1.6463±0.0014（黄光）

数值分析，由计算机拟合曲线如图，得出nc=1.64229，nD1.64753，nF=1.66154，平均色散=0.01925，色散本领=0.02972。

1色散曲线中D线折射率=1.64753，波长589.3nm而表格中得出的黄光小结： ○

折射率1.6463，波长587.6nm，从折射率变化趋势，即波长越长，折射率越小，似乎是矛盾的，但是如果考虑结果在不确定度范围内的可能误差，以及色散曲线也会出现的误差，就可以容忍这样的不符。 思考题

1、 当转动小平台180反复调节使望远镜主轴垂直于分光计主轴时，小平台是否

也同时调好到垂直于主轴了？为什么？

否。平面镜平面垂直度盘平面但小平台平面不一定平行度盘平面。

2、 根据折射定律，请结合图4.3.13定性分析入射光的方位应处于何种情况时才可能找到最小偏向角？

（c）。ab中折射光均射向非光学面，无法射出。

3、 根据本实验的原理怎样测量光波波长？

根据

nsinAAsin22，得出折射率n，再带入色散曲线中找出波长。

4、 试根据光路图分析，为什么望远镜光轴与平面镜法线平行时，在目镜内内应看到‘’型反射像与‘’形叉丝的上方交点相重合？

因为绿光从4处射出，透过3中竖线上与8位置关于圆心中心对称位置射向物镜，然后进过物镜聚焦到轴线与平面镜交点（正好是物镜焦点处），再经过平面镜反射，透过物镜成为平行光在3上对称点（位置8）处成像。