大学物理实验(光学)概要

首页HYQ教案1大学物理实验首页HYQ教案2光学实验原理介绍实验17等厚干涉实验实验7分光计的调节与使用实验8迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验16用分光计研究光栅光谱首页HYQ教案3实验26分光计的调节与使用实验26分光计的调节与使用课本P1451、了解分光计的结构，学习调整分光计2、掌握利用分光计测量三棱镜顶角的方法3、测量玻璃的折射率【实验目的】【实验项目】首页HYQ教案4【实验仪器】分光计（JJY型）、平面镜、三棱镜、钠光灯汞灯与电源首页HYQ教案51狭缝装置2狭缝装置锁紧螺钉4载物台制动架5载物台6载物台调平螺钉7载物台锁紧螺钉8望远镜11目镜调焦手轮12望远镜光轴仰角调节螺钉13望远镜光轴水平方位调节螺钉14支臂15望远镜微调螺钉17转座与度盘止动螺钉18望远镜止动架19底座22游标盘28狭缝宽度调节手轮27平行光管光轴仰角调节螺钉26平行光管光轴水平方位调节螺钉25游标盘止动螺钉24游标盘微调螺钉20转座21刻度盘23立柱16望远镜止动螺钉10阿贝式目镜9目镜锁紧螺钉3平行光管首页HYQ教案62、平行光管——作为产生平行光束的光源。管的一端装一会聚透镜，另一端是带有狭缝的圆筒。旋松螺钉2，分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组成。1、底座——中心有一竖轴，称为仪器的中心轴或主轴。度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴转动。狭缝像清晰调节狭缝准直平行光管螺钉2螺钉27狭缝圆筒可沿轴向移动和绕轴转动。管的水平方位角由螺钉26调节，仰角由螺钉27调节，狭缝宽度由手轮28调节。首页HYQ教案7•目镜上有照明装置。•旋松螺钉9，目镜筒可沿轴向移动和绕轴转动。•筒的仰角由螺钉12调节，望远镜光轴水平方位由螺钉13调节。•望远镜可以绕仪器中心轴转动。（返回40页）阿贝自准直望远镜载物台无视差3、望远镜——观测用。由目镜系统和物镜组成。反射像目镜阿贝棱镜叉丝像清晰调节分划板观察物镜清晰调节物镜反射小平面镜首页HYQ教案84、载物台——放置平面镜等光学元件用。它套于游标盘上，可绕主轴转动。•旋紧螺钉7和放松螺钉25，可使载物台随同游标盘转动；•旋紧螺钉7和25，调节螺钉24则可进行转动微调；•放松螺钉7，可单独转动和升降载物台；•台面下三螺钉6可调节台面的倾斜度（水平）。首页HYQ教案95、读数圆盘——读数装置。由可绕主轴转动的刻度盘和游标盘组成。•刻度盘刻有720等分刻线，最小分度值为半度(30分)。•在游标盘对径方向设有两个角游标。它们各有30个分格对应度盘上29个分度值，所以游标上每分度为1分，这样小于半度可利用游标读数。•设置两个游标是为了消除刻度盘和游标盘的圆心与仪器主轴的轴心不重合所引起的偏心误差。测量时分别读出两个游标的读数，取其平均值。•设开始时两游标尺读数为和，在望远镜转过一角度后，两游标尺读数为和，则按下式计算：1212)(211212首页HYQ教案10读数方法：与游标卡尺相似，这里读出的是角度。●以角游标零线为准，读出刻度盘上的度值，再找游标上与刻度盘刚好重合的刻线为所求之分值。●若游标零线落在半度刻线之外，则读数应加上30分。读数示例：对准刻度盘游标32030/+15/=32045/320首页HYQ教案11注意：在测量过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故必须注意望远镜转动过程中是否越过了刻度的零点。如越过了刻度的零点，则按下式计算望远镜转角。12360o首页HYQ教案12例如当望远镜有位置Ⅰ转到Ⅱ时，双游标的读数分别如下表所示。望远镜位置游标1游标2Ⅰθ1=175046′θ1′=355045′Ⅱθ2=295043′θ2′=115042′游标1读数测得望远镜转角为95119121o游标2读数测得望远镜转角为75119360122oo8511921021首页HYQ教案13一、三棱镜顶角的测量原理反射法侧三棱镜顶角如图4-26-2所示，一束平行光由顶角方向射入，在两光学面上分成两束反射光。测出两束反射光线之间的夹角，则可得到顶角A为AA2平行光管图4-26-2反射法侧三棱镜顶角原理图21A【实验原理】首页HYQ教案14二、分光计的使用调整（P147-151）调整最终要求：1、望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）。2、平行光管发出平行光。3、望远镜、平行光管的光轴垂直于仪器公共轴。望远镜能接收平行光的判定标志（右图）（1）目镜、物镜调焦使分划板十字叉丝、绿色十字反射像清晰无视差。（2）用“各半调节法”调节载物台螺钉6、望远镜仰角螺钉12，使载物台面和望远镜水平，其标志是连同载物台旋转游标盘，反光镜A、B两面所反射的绿色十字像都能位于分划板的准线上。旋松螺钉2，沿轴向移动狭缝筒使望远镜中的像清晰无视差，调仰角螺钉27使水平狭缝与测量水平线重合，调节狭缝像垂直、清晰、无视差。•分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整则以望远镜为准。A、B面反射像首页HYQ教案15【实验内容及步骤】目的：保证望远镜或载物台转过的角度与仪器读数装置所测得的角度一致。返回46页,实验41测光栅的实验内容一、调整分光计调整分光计，要求达到：（1）望远镜对平行光聚焦。（2）平行光管发出平行光。（3）望远镜、平行光管的光轴垂直于仪器公共轴。（4）在调整达到上述三点要求后，在载物台上放置并调整测量用的三棱镜，使其两光学侧面平行于分光计光轴。首页HYQ教案16精细调节:•目镜调焦:使能看清分划板上的十字叉线和绿色十字窗；1、望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）粗调:将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直。（这一步粗调很重要，是以下细调的前提，也是细调成功的保证）①望远镜适合接收观察平行光的调整LL图25-5调整用的准线测量用的准线首页HYQ教案17图10注意：从望远镜中能同时清晰看到分划板准线和绿色反射像且无视差，是望远镜能接收平行光的判定标志（右图）。•物镜调焦使能看清从小镜反射回来的绿色像，并与分划板上的十字叉线无视差，这时物镜和目镜的焦平面与分划板重合，望远镜就能接收平行光。（调整方法：自准直法。其中小镜要按指导书P150图9所示来放置。）图96a6b6c望远镜光轴平面镜首页HYQ教案18在望远镜能接收平行光的基础上，利用“各半调节法”来调节，使从小镜两反射面反射回来的绿色十字像均能与调整用准线（分划板上方的十字叉线）重合，这时绿色十字窗和绿色十字像的位置是关于测量用准线（分划板中心的十字叉线）上下对称。根据光的反射定律可知，这时望远镜光轴与小镜反射面垂直。两反射面的反射像均与调整准线重合，说明小镜反射面与分光计中心轴平行。②望远镜光轴与分光计中心轴垂直调整望远镜光轴和分光计中心轴垂直的判定标志：两反射像都与分光板调整用的准线(上叉丝)重合。B面反射像A面反射像首页HYQ教案19分光计中心轴线望远镜光轴两绿色反射像与调整用准线重合，首页HYQ教案20载物台倾角没有调好的表现及调整方法结论：如果两镜面反射象的象点一上一下，要调载物台下螺钉，直到两镜面象点高度相等，才表明载物台已调好。ABA或BAB载物台转180°后载物台转180°前和后首页HYQ教案21BA或B望远镜光轴没有调好的表现及调整方法A结论：如果两镜面反射象的象点高度相同，但没落在上十字横线上，要调望远镜仰角螺钉12，使象落在这一横线上。载物台转180°后载物台转180°前和后首页HYQ教案22S(a)从平面镜反射回的光亮绿十字像与分划板上横线间距为SS/2(b)调节载物台调平螺钉6b或6c，使十字像上移S/2。(c)调节望远镜光轴仰角调节螺钉12，使十字像位于分划板上方横线处。图5-26-11实际上，载物台和望远镜同时没有调好是存在的，因此常用的调整方法是下面介绍的“各半调节法”，使亮十字像与上方的十字叉丝重合（见图5-26-11(c)）。首页HYQ教案232、平行光管出射平行光的调整望远镜对准平行光管（注意：这一步及后面操作绝对不能动望远镜的仰角调节螺丝以及物镜和目镜的焦距），从望远镜观察平行光管的光亮狭缝像，调节平行光管透镜的焦距，使光亮狭缝恰好位于平行光管透镜的焦平面上，这时从望远镜中可清晰看到狭缝的像呈现在分划板平面上（一条明亮的细线），这说明望远镜接收到的是平行光，也就是说，平行光管出射的是平行光。所以从望远镜里可清晰看到狭缝的像呈现在分划板上且无视差，是平行光管出射平行光的判定标志。首页HYQ教案24在上一步的基础上，调节平行光管（或望远镜）的水平摆向调节螺丝，使狭缝细线像与十字叉线竖线重合；然后转动狭缝90O，调节平行光管的仰角螺丝，使狭缝细线像与中心水平线重合。这时平行光管光轴与望远镜光轴共线，也就与分光计中心轴垂直。3、平行光管光轴与分光计中心轴垂直的调整可见，从望远镜看到狭缝亮线与竖直叉线重合，狭缝亮线转90o后又与中心水平叉线重合，是平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直的判定标志。图（a）图（b）狭缝像转90°首页HYQ教案25调整方法根据自准直法，用已调好的望远镜来进行。为了便于调整，把三棱镜按下图所示位置放置夹稳在载物台上，使平台下三个螺钉6a、6b、6c中每两个的连线与三棱镜的镜面正交。4、放置并调整三棱镜，使其侧面平行于分光计光轴根据实验内容的不同需要，置入待测元件后，还要进行相应的某些调节。望远镜6bCAB6c6a望远镜6cCAB6b6a首页HYQ教案26旋转望远镜，使望远镜对准棱镜的一个折射面AB，调节载物台下的6a螺钉（注意此时望远镜先前已调好，不可再动仰角螺丝，否则前面的调整就会前功尽弃），使在望远镜中能看到反射回来的亮十字像与分划板上方的十字准线重合；再旋转望远镜，使望远镜对准棱镜另一折射面AC，调节载物台下的6b螺钉；以同样的方法反复进行上述调整，直到AB、AC面反射回来的亮十字像均和分划板上部的十字准线重合为止。此时三棱镜的两个折射面均与分光计中心轴平行。6cCAB6b6a望远镜望远镜首页HYQ教案27二.测定三棱镜的顶角和最小偏向角（折射率）测量顶角测量最小偏向角首页HYQ教案28)]()[(211212重复测量三次，按公式A=/2求出顶角A，计算其不确定度。求出A和A。是否有错？将载物台和游标盘固连；将望远镜和刻度盘固连。转动望远镜，按图5-26-2所示的反射法，测量三棱镜顶角A。记录下望远镜所处位置分别为Ⅰ和Ⅱ时的两刻度盘读数和，则11、22、1.测定三棱镜的顶角首页HYQ教案29Φ=2A游标１游标２位置Ⅰ：游标１读数θ1游标２读数θ'1位置２：游标１读数θ２游标２读数θ'２)(211212min121241A首页HYQ教案30(1)将三棱镜放置于载物台上，使棱镜折射面与平行光管轴线的夹角约为30o（如图26-15）。(2)观察偏向角的变化。轻缓转动载物台，使折射光线沿偏向角减小的方向移动。当看到在载物台转到某个位置折射光线将反方向移动，这一位置就是图26-15折射光线以最小偏向角出射的位置。读出此时的读数圆盘两游标的读数1、1'。2.测定最小偏向角dmin，计算三棱镜对钠光的折射率首页HYQ教案31(3)测定入射光方向。旋紧7、25螺钉，锁紧载物台，移去三棱镜，将望远镜对准平行光管，使分划板十字竖线对准狭缝中央，读出此时两游标的读数2、2'。(4)重复测量三次，由公式和可以求出三棱镜对钠光的折射率n。AAn21sin21sinmin''212121min首页HYQ教案321.分光计为精密仪器，各活动部分均应小心操作。当轻轻推动可转动部件而无法转动时，切记不能强制使其转动，应分析原因后再进行调节。旋转各旋钮时动作应轻缓；2.严禁用手触摸棱镜、平面镜和望远镜、平行光管上各透镜的表面，严防棱镜和平面镜磕碰或跌落。【注意事项】首页HYQ教案33次数望远镜位置位置Ⅰ位置Ⅱ1133o24'313o25'253o29'72o