实验报告-光学测角仪的调整与使用
实验讲义：分光计的调节与使用（物理专业）
分光计的调节和使用分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪，精确度可达到1 ，光学中的许多基本量如波长，折射率等都可以直接或间接地表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长、折射率，此外还能精确的测量光学平面间的夹角。
许多光学仪器(棱镜光谱仪、仪栅光谱仪、分光光度计、单色仪等)的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。
使用分光计时必须经过一系列的精细的调整才能得到准确的结果，它的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。
分光计装置精密，结构复杂，调节难度也较大，对初学者来说有一定的困难，请同学们认真做好预习，注意了解其基本结构和测量光路，严格按调节要求和步骤耐心调节，就会掌握分光计的使用方法。
【实验目的】1.了解分光计的结构及各组成部分的作用，掌握调整分光计的要求和方法；2.掌握利用分光计测量三棱镜顶角的方法，观察三棱镜对汞灯的色散现象；3.测量三棱镜对单色光的折射现象。
【实验原理】1.分光计图(一) 分光计结构示意图望远镜：8.望远镜9.紧固螺钉 10.分划板 11.目镜（带调焦手轮） 12.望远镜倾斜度调节螺钉 13.望远镜光轴水平调节螺钉14.支臂 15.游标圆盘微调螺钉 17.制动架 18.望远镜制动螺钉载物台：5.载物台 6.载物台调平螺钉（3只） 7.载物台紧固螺钉反射镜物镜 全反射棱镜分化板 目镜 筒B筒A 目镜视场 准线十字透光窗图（二） 望远镜结构 圆刻度盘： 16. 读数刻度盘制动螺钉 21读数刻度盘22.游标盘 24.游标盘微调螺钉 25.游标盘制动螺钉 平行光管： 1.狭缝 2.紧固螺钉 3.平行光管 26. 平行光管光轴水平调节螺钉 27. 平行光管倾斜度调节螺钉 28.狭缝宽度调节手轮其它：4.制动架 19.底座 20.转座 23.立柱 （1）结构分光计的型号很多，结构基本相同，主要都是由4个部分组成：自准直望远镜、平行光管、载物小平台和读数装置。
分光计的调节
实验十分光计的调节与应用分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪，使用分光计时必须经过一系列的精细的调整才能得到准确的结果，它的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。
本实验的目的就在于着重训练分光计的调整技术和技巧，并用它来测量三棱镜的偏向角。
【实验目的】1.学习分光计的调节与使用；2.学会分光计常见的几种应用。
【实验仪器】分光计、钨光灯、三棱镜等。
【实验原理】一、分光计的结构分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组成。
外形如图10-1所示。
图10-1分光计外形图1 —狭缝装置 2—狭缝装置锁紧螺钉 3—平行光管 4—制动架(二) 5—载物台 6—载物台调节螺钉(3只)7—载物台锁紧螺钉 8—望远镜 9—目镜锁紧螺钉 10—阿贝式自准直目镜 11—目镜调节手轮12—望远镜仰角调节螺钉 13—望远镜水平调节螺钉 14—望远镜微调螺钉 15—转座与刻度盘止动螺钉16—望远镜止动螺钉 17—制动架(一) 18—底座 9—转座 20—刻度盘 21—游标盘 22—游标盘微调螺钉23—游标盘止动螺钉 24—平行光管水平调节螺钉 25—平行光管仰角调节螺钉 26—狭缝宽度调节手轮1.底座——中心有一竖轴，望远镜和读数圆盘可绕该轴转动，该轴也称为仪器的公共轴或主轴。
2.平行光管——是产生平行光的装置，管的一端装一会聚透镜，另一端是带有狭缝的圆筒，狭缝宽度可以根据需要调节。
3.望远镜——观测用，由目镜系统和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以相互移动，也可以用螺钉固定。
参看图10-2，在中管的分划板下方紧贴一块45°全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小十字窗口。
光线从小棱镜的另一直角边入射，从45°反射面反射到分划板上，透光部分便形成一个在分划板上的明亮的十字窗。
4.载物台——放平面镜、棱镜等光学元件用。
实验报告-光栅特性的研究
实验报告姓名：班级：学号：实验成绩：同组姓名：实验日期：2008-9-16 指导老师：助教28 批阅日期：光栅特性的研究【实验目的】1．进一步熟悉光学测角仪的调整和使用2. 测量光栅的特性参数。
3. 掌握RC、RL串联电路的幅频特性和相频特性的测量方法。
4. 从测定钠灯和汞灯光谱在可见光范围内几条谱线的波长过程中，观测和研究光栅的衍射现象。
【实验原理】1. 光栅衍射有大量等宽间隔的平行狭缝构成的光学元件成为光栅．设光栅的总缝数为N，缝宽为a，缝间不透光部分为b，则缝距d = a + b，称为光栅常数．按夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行光垂直入射到光栅平面上时，通过不同的缝，光要发生干涉，但同时，每条缝又都要发生衍射，且N条缝的N套衍射条纹通过透镜后将完全重合．如图1所示，当衍射角θ满足光栅方程dsinθ = kλ（k = 0、±1、± 2、…）时，任两缝所发出的两束光都干涉相长，形成细而亮的主极大明条纹．2．光栅光谱单色光经过光栅衍射后形成各级主极大的细亮线称为这种单色光的光栅衍射谱．如果用复色光照射，由光栅方程可知不同波长的同一级谱线（零级除外）的角位置是不同的，并按波长由短到长的次序自中央向外侧依次分开排列，每一干涉级次都有这样的一组谱线．在较高级次时，各级谱线可能相互重叠．光栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为光栅光谱．评定光栅好坏的标志是角色散率和光栅的分辨本领．若入射光束不是垂直入射至光栅平面（图2），则光栅的衍射光谱的分布规律将有所变化．理论指出：当入射角为i时，光栅方程变为【实验数据记录、实验结果计算】1、白色条纹角度：25720’7721’2、绿光绿光的测量数据编号-1 +1 -2 +21266’247’27625’’1’-9’195’-19’286’’26’’29’-’’-19’9’-’’-19’3.33 3.32 3.34 3.33 2、蓝光蓝光的测量数据编号-1 +1 -2 +21264’249’27228’’1’-7’158’-15’284’’27’’27’-’’-15’7’-’’-15’434.7 434.7 434.2 433.33、紫光编号-1 +1 -2 +231264’25027119’’1’-7’13’-14’284’’20’’26’-’’-14’6’-’’-14’401.0 406.8 402.3 403.3 4、黄光1黄光1的测量数据编号-1 +1 -2 +21267’24725’277’’1’-9’’-20’287’’’’29’-9’’-20’9’-’’-20’573.5 574.4 574.0 574.0 4、黄光2黄光2的测量数据编号-1 +1 -2 +21267’247’277’’1’-10’-20’287’’’’29’-10’’-20’10’-’’-20’578.2 579.2 576.2 576.7 4、Na黄光1Na黄光1的测量数据编号-3 +31289’225’1’-31’2’’231’-’31’-31’585.7 585.755、Na黄光2Na黄光2的测量数据编号-3 +31289’225’1’-31’2’’231’-’31’-31’586.6 586.8【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1、本次实验的主要内容有两部分，一是光学测角仪的调整，另一个部分是对光栅的测量，由于上个学期我曾经做过光学测角仪调整的实验，所以我很快就完成了仪器的调整，与上个学期三棱镜的观测结果比较，光栅的光谱更为清晰，且容易辨认，三棱镜的光谱比较难找，很容易观测到彩虹。
实验八光学测角仪的调整与使用
光的反射定律和折射定律定量描述了光线在传播过程中发生偏折时角度间的相互关 系．同时，光在传播过程中的衍射、散射等物理现象也都与角度有关．一些光学量如折射 率、光波波长、衍射极大和极小位置等都可通过直接测量角度去确定．故在光学技术中， 精确测量光线偏折的角度，具有十分重要的意义．
（3）用自准法调整望远镜 （a）点亮照明小灯，调节目镜与分划板间的距离，看清分划板上的“准线”和带有绿色 的小十字窗口（目镜对分划板调焦）． （b）将双面镜放在载物台上（图 4），使双面镜的两反射面与望远镜大致垂直．轻缓 地转动载物台，从侧面观察，判断从双面镜正、反两面反射的亮十字光线能否进入望远镜 内． （c）从望远镜的目镜中观察到亮十字像，前后移动目镜对望远镜调焦，使亮十字像成 清晰像．再调准线与目镜间距离，使目镜中既能看清准线，又能看清亮十字像．注意准线 与亮十字像之间有无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除． 此时分划板平面、目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远镜已聚焦于无穷远（即 平行光经物镜聚焦于分划板平面上），能接受平行光了．
（d）双面镜镜面平行于光学测角仪中心轴： 望远镜光轴及双面镜法线均垂直于光学测角仪中心
轴时，前后两次十字像均与底板上叉丝“╪”重合
（图示位置）．
图 5 光学测角仪调整示意图
（4）调整望远镜光轴与光学测角仪中心轴相垂直 平行光管和望远镜的光轴各代表入射光和出射光的方向，为了测准角度，必须分别使
56
它们的光轴与刻度盘平行．刻度盘在制造时已垂直于光学测角仪中心轴，因此当望远镜与 光学测角仪中心轴垂直时，就达到了与刻度盘平行的要求．
仔细阅读附录，对照光学测角仪的结构图和实物．熟
悉调整螺钉的位置及其作用．
（2）目测粗调
实验22分光计调节与棱镜顶角测定实验报告
实验22分光计调节与棱镜顶角测定实验报告实验22 分光计调节与棱镜顶角测定实验报告书写纲要一实验目的二实验原理与方法（一）分光计调节1 实验原理分光计的结构与调节要求。
2 分光计调节步骤(1)望远镜调节步骤(2)平行光管调节步骤（二）反射法测定棱镜顶角（1）实验原理（2）实验方法（3）实验步骤三实验数据与处理1）以规范的表格罗列实验数据并进行数据的检查结果说明。
2）逐个列出直接测量物理量的平均值、标准偏差的处理结果以及测量该物理量存在的极限误差并把相关实验数据代入公式计算该物理量的不确定度。
（不必计算相对不确定度。
）3）写出计算间接测量物理量的计算公式、数据及计算结果。
4）写出计算间接测量物理量的不确定度计算公式、数据及计算结果。
四实验结果实验结果必须叙述清楚，表达规范。
五讨论可以提出实验改进的设想、建议，也可以对实验进行具体分析，可以说体会等等。
第二篇：《分光计的调节和三棱镜顶角的测定》实验报告2100字《分光计的调节和三棱镜顶角的测定》实验报告一实验预习（20 分)学生进入实验室前应预习实验，并书写实验预习报告。
预习报告应包括：①实验目的，②实验原理，③实验仪器，④实验步骤⑤实验数据记录表等五部分。
以各项表述是否清楚、完整，版面是否整洁分三段给分。
好较好合格 2018 分 1715 分 1412 分预习报告不合格者，不允许进行实验。
该实验应重新预约，待实验室安排时间后进行实验（实。
验前还应预习实验）二实验操作过程（20 分)学生在教师的指导下进行实验。
操作过程分三步，第一步分光计调节，包括①目测粗调，②望远镜调焦到无穷远，适合观察平行光，③调节望远镜的光轴和仪器转轴垂直。
④调节平行光管发出的平行光与望远镜共轴。
⑤调节衍射光栅，使光栅与转轴平行，且光栅平面垂直于平行光管等五部分；第二步实验数据记录；第三步实验仪器整理。
以各项是否能够按照实验要求独立、正确完成，数据记录是否准确、正确分三段给分。
测角仪的使用方法
测角仪的使用方法测角仪是一种用于测量角度的仪器，广泛应用于建筑、地质、测量等领域。
它通过测量两条直线之间的角度，帮助人们确定位置、方向和距离。
下面将介绍测角仪的使用方法。
使用测角仪前需要进行校准。
将测角仪放置在平稳的水平表面上，确保它完全水平。
然后，根据测角仪上的指示，调整测角仪上的水平气泡，使其准确显示水平。
这个过程非常重要，因为只有准确校准的测角仪才能提供准确的测量结果。
接下来，选择需要测量的两条直线。
将测角仪的底座对准第一条直线，使测角仪的刻度盘与直线重合。
确保测角仪的底座保持稳定，不要移动。
然后，将测角仪的望远镜对准第二条直线，通过望远镜观察直线。
调整望远镜的焦距，使直线清晰可见。
同时，通过望远镜上的刻度盘读取角度值。
在读取角度值时，需要注意望远镜上的刻度盘和测角仪上的刻度盘之间的对应关系。
有些测角仪的刻度盘是反向的，需要进行相应的调整。
在使用测角仪时，还需要注意避免眼睛和测角仪之间的干扰。
为了确保准确测量，可以通过调整测角仪和眼睛的位置，使直线和刻度盘之间没有任何遮挡物。
当测量完成后，将测角仪放置在安全的位置。
注意不要让测角仪受到撞击或损坏。
需要注意的是，测角仪的使用方法可能因不同品牌和型号而有所差异。
因此，在使用前应仔细阅读测角仪的使用说明书，并按照说明书上的指示进行操作。
使用测角仪时还需关注测量环境的影响。
例如，强烈的阳光和强风可能会影响测量结果。
如果在户外测量，可以选择在天气较好的时候进行，以减少外界因素的干扰。
测角仪是一种常用的测量工具，它可以帮助我们准确测量角度。
通过正确使用测角仪并注意细节，我们可以获得准确的测量结果，提高工作效率。
希望以上介绍的测角仪使用方法对您有所帮助。
12.1分光计的调整与使用
三、实验原理
3.4 分光计的调整 第三步：调节平行光管光轴与分光计中心轴垂直并发
出平行光
平行光管由狭缝和准直透镜组成，伸缩狭缝筒，使望 远镜中的狭缝像清晰。
三、实验原理
3.4 分光计的调整
调节平行光管俯仰螺 钉使狭缝与叉丝中间 水平线重合。
转动狭缝竖直，锁住狭 缝锁紧螺钉。
三、实验原理
3.5 分光计的读数方法 读数圆盘：主刻度盘+游标
光线从空气入射到棱镜：
sin i1 nsin r1
光从棱镜出射到空气：
nsin r2 sin i2
(i1 i2)
δ具有极小值时，
n
sin
1 2
(
min
)
sin 1
2
三、实验原理
3.3 分光计的结构及基本原理
▲平行光管——发出平行光；
平行光管
载物台
望远镜
▲望远镜——观察平行光；
圆盘
▲载物台——放置光学器件；
( 2-1
2'
- 1'
)
四、实验内容
4.2 最小偏向角法测三棱镜折射率
δ具有极小值时，
n
sin
1 2
(
min
)
sin 1
2
α
四、实验内容
1、转动望远镜，叉丝对准狭缝，测出
初始位置坐标；
2、加载三棱镜，转动望远镜找到谱线；
3、转动载物台找到谱线的折返点；
4、转动望远镜使叉丝竖线对准谱线，
测出各谱线坐标；
▲读数圆盘——测量偏转角度。
三、实验原理
3.4 分光计的调整
第一步：目视粗调 调节望远镜与平行光管的俯仰和水平调节螺钉；调节载物台调 平螺钉。使得望远镜与平行光管大致共轴，载物台基本水平。
分光计的调节和使用
实验6 分光计的调节和使用分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器,也是光学实验的基本仪器之一。
利用分光计测量光的反射角、折射角、衍射角可以检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个表面是否平行、计算媒质折射率、光波波长等相关的物理量。
分光计不仅本身用途广泛，许多常用的光学仪器（如单色仪、摄谱仪、分光光度计等）的基本结构也与之类似。
分光计使用中所涉及的光学元件共轴调节，共面调节，望远镜及平行光管调节，不仅是正确使用分光计所必须，亦是光学实验需要掌握的基本技能。
光栅是一种的用途相当广泛的分光元件。
光栅常用在分光光学仪器中，如单色仪、摄谱仪、光谱仪等作为分色元件；在光纤通讯、光计算机中作分光和耦合元件；在激光器中作选频元件；在光信息处理系统中作调制器和编码器。
本实验在分光计上用光栅作分光元件观察和测量汞灯的光谱，并计算光栅常数，从而掌握分光计的使用方法，了解光栅的基本特性。
【实验目的】1. 掌握分光计的测量原理及调节方法2. 观测汞灯的光栅光谱，计算光栅常数【实验原理】1. 分光计测量原理如图1，光源发出的光经平行光管后成为平行光；平行光经载物台上的光学元件反射、折射或衍射后改变传播方向；绕中心转轴转动望远镜，先后接收未经过被测光学元件改变方向和经过被测光学元件改变方向后的平行光，由读数圆盘读出两图1 分光计测量原理种情况下望远镜所在位置的角度，即可由相关公式计算望远镜的转动角度δ和待测量。
2. 分光计的调节测量前应调节分光计，使望远镜调焦到无穷远，平行光管发出平行光，望远镜、平行光管的光轴垂直于仪器中心转轴且在同一平面内.，以确保分光计的测量精度。
为此，调节时应做到：（1）望远镜聚焦到无穷远（能接收平行光并聚焦在望远镜的分划板平面上），望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。
（2）平行光管出射平行光，光轴对准仪器的中心转轴并与望远镜的光轴共同位于与中心转轴垂直的同一平面内。
（3）待测光学元件的表面与仪器中心转轴平行。
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实验报告
姓名：班级：学号：实验成绩：
同组姓名：实验日期：08.03.03 18：00指导教师：批阅日期：
光学测角仪的调整与使用
【实验目的】
1.了解光学测角仪的主要构造，正确掌握调整光学测角仪的要求和方法；
2.测定三棱镜的顶角，观察三棱镜对汞灯的色散现象；
3.测定玻璃三棱镜对各单色光的折射率
【实验原理】
1．三棱镜顶角的测量
（1）自准法测量三棱镜的顶角
自准法测三棱镜顶角
图2是自准法测量三棱镜顶角的示意图．利用望远镜自身产生平行光，固定平台（或固定望远镜），转动望远镜光轴（或转动小平台），先使棱镜AB面反射的十字像落在分划板上“╪”准线上部的交点上（即望远镜光轴与三棱镜AB 面垂直），记下刻度盘对称游标的方位角读数θ1、θ 2．然后再转动望远镜（或小平台）使AC面反射的十字像与“╪”准线的上交点重合（即望远镜光轴与AC 面垂直），记下读数θ 1′和θ 2′（注意θ 1与θ 1′为同一游标上读得的望远镜方位角，而θ 2与θ 2′则为另一游标上读得的方位角），两次读数相减即得顶角α的补角．α = 180°－ϕ ，可以证明
（1）
（2）反射法测量三棱镜的顶角
图3为反射法测量三棱镜顶角的示意图．将三棱镜放在载物台上，使平行光管射出的光束投射到棱镜的两个折射面上，从棱镜左面反射的光可将望远镜转至Ⅰ处观察，使用望远镜微调螺丝，使“╪”准线的中心垂直线对准反射狭缝像，从两个游标读出方位角读数ϕ1和ϕ2，再将望远镜转至Ⅱ处观测从棱镜左面反射的狭缝像，又可分别读得方位角读数ϕ1′和ϕ2′．由图3可知，三棱镜的顶角
（2）
反射法测三棱镜顶角
2．由各单色光的最小偏向角求折射率：
通过光的反射定律和折射定律可以求得折射率n
（3）
式中i1，i2，δmin分别为某一单色光的入射角、折射角和最小偏向角，α则为三棱镜的顶角．
【实验数据记录、实验结果计算】
1.用反射法测量三棱镜的顶角
1 2 3 4 5 6
30278
210
算得的顶
59584559590595930595915595845595830角值
于是可得平均值：
最后得
2.测量汞灯各单色光的最小偏向角
以下分别是对绿光和蓝光的测量
角度绿光狭缝算得的
1
2
3
于是可得平均值：
最后得
=（1
由公式得
=1.65（1
角度蓝光狭缝算得的
1
2
3
于是可得平均值： (以上3个值确实是实验得到的，保留到
“分”位时，确实相同)
最后得
=）
由公式得
=1.67
【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】
1.用反射法测量三棱镜的顶角中，，。
可以看出测得的结果还是非常的稳定，标准差很小，最后的误差中，系统误差占了主导。
2.这里为了比较绿光与蓝光的折射率大小，于是将绿光的标准差精确到了0.01
位。
从实验结果来看，还是较好了说明了石英介质波长越短，折射率越大的现象。
3.在实验中选择了绿光和蓝光，而没有选择黄光和紫光，原因是：黄光实际上
有两条靠得很近的谱线，并不知道那条是准确的黄光；紫光的亮度太小，在实验室灯打开的情况下，不是很明显，测量时容易产生交大的误差；相对之下绿光是最明显的谱线，而蓝光则作为第二选择。
4.这里用的最小偏向角法适合于测量混合光中个色光的性质，但我个人认为其
缺点是：在最小偏向角附近的1之内，狭缝像都是近乎不变的，这其实会导
致很大的误差，这个误差其实应该加到系统误差中，然而原来的系统误差只有1’。
基于这个误差，建议以后测量介质对于单色光的折射率的时候，还
是使用极限法，极限法就不会出现最小偏向角法中1之大的误差了，误差可
以保持在1’左右，但是极限法不适合于测量混合光中的各单色光的性质。
5.在实验中看到：波长越小的光，折射率越大，偏向角也就越大，但是变化还
是不会特别大。
6.利用这个实验和介质折射率对于光的波长的关系可以用于测量未知光的波长
或频率，也是用于探索未知天体的元素的基本方法之一。
【附页】
1.用反射法测量三棱镜顶角时，为什么必须将三棱镜顶角A置于载物台的中心
附近？式作图说明之。
答：作的图如下：
可知如果顶角A离圆心越远，那么在盘上所读得的角度对有所偏大。
所以顶角最好放在载物台中心的位置。
2.作图说明，当望远镜未垂直中心轴或双面反射镜的反射面法线未垂直中心轴
而进行调整时，每转双面镜180度一次，准线与十字反射像可能的相对位置及其变化规律。
答：1. 望远镜未垂直中心轴的情况，作图如下：
可以看到，原来的十字的反射像在准线的下方，反射镜转180度后，十字的反射像仍然在准线的下方。
也就是说，当望远镜未垂直中心轴时，旋转180度后，十字的想应该在准线的同一方（同时在上面，或同时在下面）。
2. 反射面法线未垂直中心轴的情况，作图如下：
可以看出，如果反射面法线未垂直中心轴，那么两次所得的十字像应该在准线的上下两面。
3.若光学测角仪测量角度的精度是1’，试导出测量顶角A，最小偏向角及
折射率n的误差公式，并估算测定n的精度。
所以
1.顶角A的误差公式为：
2.最小偏向角的误差公式为：
3.折射率n的误差公式：
其中
其中
◆感想与体会
我在高中物理竞赛中做过这个实验，并且在其中的投入的精力和时间也是比较多的。
说实话，今天在刚开始做实验时，我并不把它放在眼里，觉得这个实验自己已经在高中就把它征服了。
可是在做实验的过程中，我不但找到了高中做这个实验的感觉，更领悟到了许多新东西，例如三棱镜在载物台上的位置应该是顶角在圆心上，毛面在外侧。
这些细节在当时是没有重视的。
通过做这个实验，我领悟到了“温故而知新”的道理，助教老师在实验过程中对我提出的各种问题也作出了详细的解答或看法。
感谢助教老师在实验中对我的各种帮助！。