分光计的调整与折射率的测定
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分光计的调整与折射率的测定
【引言】
分光计是一种精确测量角度、观察光谱的比较精密的光学仪器。可以用来测量棱镜的顶角、最小偏向角等，从而间接地测出棱镜折射率、光波波长、色散率等一些物理量。
分光计装置精密，结构复杂，使用前必须按操作程序进行调整，它的调整方法和操作技能在光学仪器中具有一定的普遍意义，而且它的基本光学结构又是许多光学仪器(如摄谱仪、单色仪、分光光度计等)的基础。因而学习分光计结构原理、调整方法以及一些应用是很有用处的。
【开篇设问】
1．用分光计测量角度前应该调节分光计达到什么要求?
2．测量最小偏向角时，三棱镜在载物台上的位置会是任意的吗?为什么?
3．如果旋转望远镜找不到折射光线，可能是什么原因?
4．对给定的棱镜和单色光，最小偏向角是惟一的还是可以有不同的数值?为什么?
5. 怎样找到三棱镜的最小偏向角？
【实验目的】
1. 了解分光计的结构和工作原理。
掌握分光计的调整方法。
学会用分光计测量玻璃三棱镜的顶角和折射率。
【实验原理】
分光原理与分光计
分光是指把复合光中不同波长或者频率的单色光分开。分光的方法有多种。比如，当光线入射到透明介质中，由于不同波长的光的折射率不同，所以不同波长的光将沿不同方向出射而分开，棱镜分光正是利用了这一现象；又如，复合光在衍射时，不同波长的光的衍射极大出现的角度不同也会使不同波长的光分开，光栅分光就是这个原理。
人为地分光一般是为了测量每一单色成分的波长、折射率、光强等，为了达到准确测量的目的，通常需要在分光的基础上增加一些辅助器件，这些辅助器件包括：使入射光称为平行光的平行光管，放置分光器件的平台，能够灵活转动并能将各单色光汇聚起来进行测量的望远镜，等等。所有这些辅助器件，连同分光装置，便构成了分光计（如图5.6.1-5.6.3所示）。由于分光计的主要部件能够转动，能够测量光线的角度，所以在不分光的情况下也能进行一些测量，比如本实验中用分光计测量玻璃三棱镜对钠黄光的折射率便是如此。
最小偏向角法测三棱镜的折射率
图5.6.4所示为光线通过三棱镜后的偏折情况。图中三角形ABC表示三棱镜的横截面。AB和AC是透光的光学表面，称为折射面，其夹角A称为三棱镜的顶角。BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。一束单色光线LD经待测三棱镜的两次折射后，沿ER方向射出。入射光线与出射光线的夹角称为偏向角δ，偏向角三棱镜的重要特征量。δ的大小随入射光束在AB面上的入射角il而变。可以证明，当i1=i4，即出射光和入射光相对棱镜对称时，偏向角有极小值。将这一关系代入折射定律，同时考虑一些角度关系，可以得出折射率的如下表达式：
（5.6.1）
因此，只要测出三棱镜顶角A及某种波长的光在三棱镜中的最小偏向角， 就可由式（5.6.1）计算该种物质对该波长的折射率。
【实验仪器】
本实验仪器包括JY型分光计，三棱镜，平面反射镜，钠光灯等。
1．JY型分光计
分光计又称为光学测角仪，主要由底座、阿贝式自准直望远镜、平行光管、载物平台、度盘和游标内盘组成的读数装置等五个部分组成(图5.6.5)。
图5.6.5 分光计外型图
1-平行光管狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管镜筒 4-游标盘制动架 5-载物台6-载物台调平螺钉 7-载物台锁紧螺钉 8-望远镜筒 9-目镜筒锁紧螺钉 10-阿贝式自准直目镜11-目镜视度调节手 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 过零读数
[附录2 过零读数处理]
测棱角的实验中，若有这样一组数据：
θ左1119°5′ θ右1299°5′
θ左2238.5°25′ θ右258.5°25′
从图5.6.16可以看出右边游标从1位置转到2位置时，中间经过0°(即360°)刻度，的数值可以看成为360°0′+58.5°25′=418.5°25′。那么棱角
因此，用分光计测角度时，如游标转过零刻度，求游标始末位置的差值时，需“小数值数加360°，减去大数值”即为所求。
[附录3 刻度盘读数示例]
图5.6.17 刻度盘读数示例一
图5.6.18 刻度盘读数示例二
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