偏心差及其处理方法分光计的测量方法望远镜旋转角度的-五邑大学
大学物理实验-分光计的调节
4. 分光计调节步骤
三、调节步骤 ① 目测粗调： ② 调节载物台下的三个倾斜调节螺钉，使载物台面大致水平， 调节望远镜及平行光管的俯仰调节螺钉，使望远镜和平行光管 光轴大致垂直于仪器中心轴，松开望远镜止动螺钉，转动望远 镜，使望远镜光轴与平行光管光轴大致在同一直线上； ③ 自准直望远镜调节； ④ 望远镜光轴调节（难点）； ⑤ 平行光管及其光轴调节。
2011-9-1 分光计的调节 -7-
图4.自准直望远镜结构
6.1 望远镜光轴调节-原理
双面反射镜 A面 望远镜 A面反射像 A面反射像 B面反射像 B面反射像
B面
载物台
绿十字 图5 望远镜光轴载反射镜
图6 望远镜光轴倾斜
若望远镜光轴垂直仪器主轴，则A、B反射像 A面反射像 均位于分划板上水平叉丝所在高度，如图5所示。 若载物台倾斜(即反射面倾斜)，则A、B面反 射像关于上水平叉丝对称，如图6所示，此时应调 节载物台倾斜调节螺钉。
B面反射像 图7 载物台倾斜
2011-9-1
若望远镜光轴倾斜，则A、B面反射像位于同 一高度，如图7所示，此时应调节望远镜倾斜调节 螺钉。
分光计的调节 -8-
6.2 望远镜光轴调节-步骤（一）
反射镜 望远镜 A面 B面 平行光管 1
望远镜俯仰调节螺钉 载物台倾斜调节螺钉
1
2
3
a
游标盘止动螺钉 载物台高度调节螺 钉
2011-9-1
分光计的调节
-5-
5.1 自准直望远镜调节-原理
目镜 分划板 物镜 反射面
光轴
十字透光窗
反射像 绿十字
图2.自准直望远镜光路
望远镜用于观察平行光，聚焦于无限远，即目镜焦点、分 划板、物镜焦点重合也将成像到分划板所在的面。与分划 板下十字叉丝重合的绿十字的反射像将与上十字叉丝重合。
分光计的调节及使用
分光计的调节及使⽤分光计的调节与使⽤⼀、实验内容：1.了解分光计的结构和调节⽅法；2.测量棱镜的折射率。
⼆、实验仪器：分光计三、实验原理：1. 分光计的结构分光计具备有四个主要部件：望远镜、平⾏光管、载物台、读数盘（刻度盘、游标盘）。
1）望远镜(8):图2 ⾃准望远镜结构望远镜是⽤来观察平⾏光的。
分光计采⽤的是⾃准直望远镜(阿贝式)。
它是由⽬镜、叉丝分划板和物镜三部分组成，分别装在三个套筒中，这三个套筒⼀个⽐⼀个⼤，彼此可以互相滑动，以便调节聚焦。
如图2所⽰。
中间的⼀个套筒装有⼀块圆形分划板，分划板⾯刻有“”形叉丝，分划板的下⽅紧贴着装有⼀块45°全反射⼩棱镜，在与分划板相贴的⼩棱镜的直⾓⾯上，刻有⼀个“+”形透光的叉丝。
在望远镜看到的“+”像就是这个叉丝(物)的像。
叉丝套筒上正对着⼩棱镜的另⼀个直⾓⾯处开有⼩孔并装⼀⼩灯，⼩灯的光进⼊⼩孔经全反射⼩棱镜反射后，沿望远镜光轴⽅向照亮分划板，以便于调节和观测。
2）平⾏光管(3)：平⾏光管是⽤来产⽣平⾏光的，它由狭缝和会聚透镜组成，其结构如图3所⽰。
狭缝与透镜之间的距离可以通过伸缩狭缝套筒进⾏调节，当狭缝调到透镜的焦平⾯上时，则狭缝发出的光经透镜后就成为平⾏光。
狭缝的宽度可由图中的2进⾏调节。
3）载物平台(5)：载物平台是⽤来放待测物件的（如三棱镜、光栅等）。
4）读数装置(21，22)：读数装置由刻度圆盘和与游标盘组成。
刻度圆盘分为360°，每度中间有半刻度线，故刻度圆盘的最⼩读数为半度(30′)，⼩于半度的值利⽤游标读出。
游标上有30分格，故最⼩刻度为。
分光计上的游标为⾓游标，但其原理和读数⽅法与游标卡尺类似。
1图3平⾏光管结构图图4分光计的游标盘为了消除刻度圆盘与游标盘不完全同轴所引起的偏⼼误差，在刻度圆盘对径⽅向(相隔)设有两个游标盘，测量时要同时记录两个游标的读数。
如图5所⽰。
图5中的外圆表⽰刻度盘，其中⼼在O ；内圆表⽰载物台，其中⼼在O'。
分光计的调节与使用中国科学技术大学大物实验(Word)
实验7.1.2 分光计的调节与使用分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。
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、光栅光谱仪、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条整才能得到准确的结果，它的调整技术是光学实验中基本技术之一，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原理１．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7.1.2-1所示。
（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7.1.2-2，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的明亮的十字窗。
（４）载物台－放平面镜、棱镜等光学元件用．台面下三个螺钉可调节台面的倾斜角，平台的高度可旋松螺钉（7）升降，调到合适位置再锁紧螺钉。
（５）读数圆盘－是读数装置。
格值为３０分。
在游标盘对称方向设有两个角游标。
这是因为读数时，要读出两个游标处的读数值，然后取平均值，这样可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。
读数方法与游标卡尺相似，这里读出的是角度。
读数时，以角标零线为准，读出刻度盘上的度值，再找游标上与刻度盘上刚好重合的刻线为所求之分值。
分光计的测量方法
Physic度s E盘xp锁eri定ment Center
游标盘 止动
分光计的调节方法
CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY
➢调节要求
三垂直——望远镜轴线垂直中心转轴； 载物平台垂直中心转轴；平行光管轴
线垂直中心转轴
➢调节步骤
望远镜调节
望远镜轴线及平台与中心转轴垂直
Physics Experiment Center
望远镜调节 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY
粗调步骤：调节望远镜下的斜度调节螺丝 和载物平台下的三个调节螺丝，使望远镜 和平台基本水平。
1、目镜调焦：其目的是使眼睛通过目镜 能清晰地看到分划板上的叉丝刻线。
2、调整分划板叉丝刻线的方向。使叉丝 刻线水平或竖直。方法：松开目镜套筒 锁定螺丝，旋转目镜套筒。
分光计的主要用途 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY
分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称 测角仪。光学中的许多基本量如波长、折射率等 都可以直接或间接的表现为光线的偏转角，因而 利用分光计可测量波长、折射率等。
如下图，就是由光栅或三棱镜使汞灯复色光 发生衍射或折射，出现色散现象，从而形成的光 谱。这时，分光计就可以借由测量同色谱线夹角， 计算得到不同谱线的波长。
➢分光计对于角度的计算公式
右 右’
望远镜转过的角度即为
左－左’ 右－右’
2
左’ 左
设望远镜竖直叉丝先对准某条入射光线。此时，左右两个 游标的零刻度线分别对准刻度盘上的两个值（ 左和右），光 线发生折射后，转动望远镜，带动主刻度盘移动，当目镜内 的竖直叉丝对准折射光线后，左右两个游标的零刻度线分别 对准刻度盘上的另两个值（ 左’和右’）。
大学物理实验——分光计的调整和使用
1、伸缩狭缝筒，使望远镜中的狭缝像清晰；
2、调节平行光管倾角 螺钉使狭缝与叉丝 中间水平线重合；
3、转动狭缝竖直， 锁住狭缝锁紧螺钉。
4、实验内容
（1）调节三棱镜两个光学面 的法线垂直于分光计中心轴
要求：转动载物台时三棱镜两个光学面反射的
亮十字像都能与望远镜叉丝上交点重合。
233º13΄
设置两个弯游标的原因： 消除主刻度盘和游标盘的偏心差
主刻度盘 游标盘
1 2
(左
右)
12(左2左1右2右1)
3、分光计的调整
主要调整各个部件轴线方向间的关系。 调整分两步： （1）目视粗调 要求：1、望远镜与平行光管共轴；
2、望远镜和平行光管轴线水平； 3、载物台平面水平。 操作：调节望远镜与平行光管的俯仰和水平 调节螺钉；调解载物台调平螺钉。
谢谢
调好之后就不能再调节了， 但 望远镜和载物台可以任意转动；
（5）测量时使游标盘固定不动，主刻度盘 随望远镜一起绕分光计中心轴转动；
（6）左右两个游标的读数不能混淆。
数据处理注意事项
1、读数可以按需要加上或减去360°；
2、计算u ( n ) 时，角度不确定度的
单位应为弧度；
3、实验仪器的最大误差限 2
（2）细调
细调1：调整望远镜光轴与分光计中心轴 垂直并聚焦于无穷远
望远镜的结构
反射像
调整步骤及
要求：
1、旋转目镜
调焦手轮使
叉丝清晰；
2、伸缩目镜
叉 丝
筒使反射的 亮十字像清
上
晰；
交 点
分划板视场 叉丝像
3、旋转载物台使光学平板两个面反射的亮 十字像都能与望远镜的叉丝上交点重合。
分光计的实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除分光计的实验报告篇一：物理实验报告分光计实验用分光计测定三棱镜的顶角和折射率在介质中，不同波长的光有着不同的传播速度v，不同波长的光在真空中传播速度相同都为c。
c与v的比值称为该介质对这一波长的光的折射率，用n表示，即：n?c。
同一介质对不同波长v的光折射率是不同的。
因此，给出某一介质的折射率时必须指出是对某一波长而言的。
一般所讲的介质的折射率通常是指该介质对钠黄光的折射率，即对波长为589.3nm的折射率。
本实验测量的是玻璃对汞的绿谱线的折射率，即对波长为546.07nm的光的折射率。
1、实验目的（1）进一步学习分光计的正确使用（2）学会用最小偏向角法测三棱镜的折射率。
2．实验仪器分光计，平面反射镜，三棱镜，汞灯及其电源。
3．实验原理介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的精度。
这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。
如果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进行测量。
当平行的单色光，入射到三棱镜的Ab面，经折射后由另一面Ac射出，如图6-13所示。
入射光线LD和Ab面法线的夹角i称为入射角，出射光eR和Ac面法线的夹角i’称为出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。
可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δmin图6-13光线偏向角示意图。
由图6-13可知：δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2）A=r+r’（6-3）可得：δ=（i+i’）-A（6-4）三棱镜顶角A是固定的，δ随i和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i而变化，所以偏向角δ仅是i的函数．在实验中可观察到，当i变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角．令d??0，由式(6-4)得didi??1（6-5）di再利用式（6-3）和折射定律i?nsi（6-6）sini?nsi,sin得到dididrdrncosrcosi(?1)?didrdrdicosincosr22??cosr?n2sin2rcosr?nsi?(1?n2)tg2r?(1?n)tgr22?csc2r?n2tg2rcscr?ntgr222??(6-7)2222由式（6-5）可得：?(1?n)tgr??(1?n)tgrtgr?tgr因为r和r’都小于90°，所以有r=r’代入式（5）可得i=i。
分光计的调节方法难点分光计的测量原理
2、用自准法测三棱镜的顶角
3、用最小偏向角法测量棱镜玻璃的折射率 重点：分光计的调节方法 难点：分光计的测量原理
二、实验原理
1.反射法测三棱镜顶角
平行光管出射的平行光射 向三棱镜的两个光学表面， 用望远镜分别接收两表面 的反射光，就可计算出两
束光的夹角Φ。由几何关 系可以证明Φ与三棱镜顶 角A的关系为Φ = 2A
2、转动望远镜测角度之前，分光计的哪些 部分固定不动？望远镜应和什么盘一起转 动？ 3、通过实验，你认为分光计调节的关键在何 处？
“三垂直” 是指载物台平面、望远镜的主光轴、 平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。
“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜能看到清 晰的叉丝像；望远镜对无穷远聚焦，即平面镜返回清 晰的绿十字像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远 镜中看到清晰的狭缝的像。
1 2
( min(a)
min(b) )
五、实验注意事项
1、在实验中，拿放光学器件时，要轻拿轻 放，注意不要用手接触光学面。
2、在转动望远镜时，不要直接转镜筒，而 是转动望远镜下面的支架。
3、在测量偏转角度时，一定要固定度盘和望 远镜，让它们仪器转动。
六、思考题
1、能否直接通过三棱镜的两个光学面来 调望远镜主光轴与分光计主轴垂直？
Φ。由几何关系可以证 明Φ与三棱镜顶角A的关 系为Φ = 2A
分光计的测量原理
平行光管
平行光管
α1 β1
望远镜
δ
δ ＝(α2-α1+β2-β1)/2
α2 β2
望远镜
若无，则适当调节镜面的 俯仰角度，以使十字像出 现在望远镜视场中。松开 目镜锁紧螺钉，伸缩分划 板套筒，调节分划板与物 镜间的距离，直到绿色十 字像最清晰并与叉丝无视 差为止。
分光计的调节和使用
A 21 4[1 ' 12 ' 2]
注意：在测量时为抑制偏心差，每次读取刻度时，要记录 两个刻度值。
四.实验常见问题及处理
1.在实验中经常会出现一个现象是：在调节望远镜时看不到反 射的绿色十字像，或只能看到一面反射像而另一面的反射像 看不见。
此时如何才调节能观察到两个面的反射像？ 让我们分析一下看不到反射像的原因： 1.〕望远镜的视角比较小〔不是一个广角镜头〕，因此只有在
3.用半近调节法调节望远镜光轴与仪器主轴相 垂直
在实验中判断望远镜光轴是否与仪器主轴 垂直的依据是：观察到由反射镜两个面反射的 十字像在上面的水平叉丝上。
假设不然，用半近调节法调节，具体调节方法如下：
由1面反射如
左图，调节螺丝
a或b，使反射回
的十字叉丝下移一半， 再调节望远镜螺丝d移 动另一半。
a
b
载物台转动180°
由2面反射如上图，调节螺丝a或b， 使反射回的十字叉丝下移一半，再调 节望远镜螺丝d移动另一半。
如此反复，最终两个 面反射的十字叉丝都 在上面的水平叉丝上 即完成望远镜调节。 注意：望远镜调节水 平后，螺丝d千万不 能在转动，否那么重 新调节
4.调节平行光管 〔a〕目测粗调至平行光管光轴大致与望远镜光轴相
2.用自准法调节望远镜 〔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〕将双面反射镜放在载物台上，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．
一致．
〔b〕翻开狭缝，从望远镜中观察，同时调节平行光管狭缝与 透镜间距离，直到看见清晰的狭缝像为止，然后调节缝宽使 望远镜视场中的缝宽约为1mm．
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分光计的主要构造
中心 转轴
刻度盘与游标盘
分光计的光学系统及调节的要求
平行光管 望远镜
仪器转轴
一同轴 二聚焦 二垂直
分光计的测角度的方法
测什么？
左游ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 位置2
如何测？
Step1. 游标盘固定不动 Step2. 望远镜 & 刻度盘 转到其中 一条光线的位置 Step3. 读数（左右游标）1左 1右 Step4. 重复2.3步读数另一光线的 位置参数
2左 2右
12
位置1
右游标
如何计算？
12 = 1左 -2左 12 = 1右 -2右
？
用2个游标， ？ Why?
偏心差及其处理方法
a
a
A
A
O
b
B
b
B
不偏心时，由于 aa ，所以 bb 可用弧长反映角度的 大小。
由于偏心，使之用弧 长反映角度 时产 生的系统误差。如： AABB 这是由偏心 造成的。
平 行 光 管
f.拿掉三棱镜，测量 白光谱线，读得 2左 和 2右 。 | 2左 1左 | | 2右 1右 | min
载 物 台
2
放大的望远镜视场
转折点
特别提请注意：
• 在同一介质中，不同波长光的传播速度不
同 ，折射率不同，最小偏向角也不同。因 此，当再测另一波长光的最小偏向角时，应 重复上述操作。 • 我们通常说的折射率，是对钠黄光（波长： 589.3nm）而言的。
望远镜
θ 2右
θ 2左
δmin
望远镜
平 行 光 管
方法 a.移动望远镜,使之 能在视场中能看到 狭缝像。
载物台
望远镜
b.移动载物台,找到 狭缝像的转折点(偏 向角不再减小,反而 增大的位置。 放大的望远镜视场
转折点
入 射 方 向
c.移动望远镜, 使
竖直瞄准线与狭缝 像的转折点处重合。 d.转动载物台,验 证重合与否。 e.分别从两游标 读数。记为 1左 和 1右 。
min 2(i1 r1 )
i1 A min 2
n
sin
A min 2 A sin 2
测量顶角A和 最小偏向角
三棱镜顶角A测量
A
12
2
最小偏向角δ
min测量
min
| 2左 1左 | | 2右 1右 | 2
平行光管
平行光管
θ 1右 θ 1左
1右 2右
o
位置2
则望远镜转过的角度即为
位置1
2左
| 1左 2左 | | 1右 2右 | 12 2
1左
分光计的测量方法
注意事项 1、刻度盘上最小刻度为30’，测量时看清游标零刻度 线是否越过刻度盘上30’刻度线。 2、在计算望远镜转过的角度时，要注意游标是否经 o o 过了刻度盘的0 或360 刻度线。若越过，则对旋转 角度的计算公式应予以修正（思考如何修正）
实验10
分光计的调节与三棱镜折射率测定
五邑大学物理实验中心
实验目的
• 掌握分光计的原理及应用 • 学习三棱镜顶角的测量方法。 • 测定棱镜材料的折射率。
分光计的主要用途
1、分光计是精确测定光线偏转角的仪 器，也称测角仪。 2、光学中的许多基本量如波长、折射 率等都可以直接或间接的表现为光线的偏 转角，因而利用分光计可测量波长、折射 率等。 3、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。
望远镜旋转角度的计算公式
分光计的读数与游标卡尺的读数 类似，如右图，游标的零刻度线
分光计的测量方法
对准的刻度盘读数为116 15′。
设望远镜竖直叉丝先对准某条光线，此时，左右两个游标的 零刻度线分别对准刻度盘上的两个值（ 1左和1右），当望远镜 竖直叉丝对准另一条光线后，左右两个游标的零刻度线分别对准 刻度盘上的另两个值（ 2左和2右）。
三棱镜测量原理
出射光与入射光线的夹角（偏向角）：
(i1 r1 ) (i2 r2 )
sin i1 n sin r1
光线从空气入射到棱镜：
光从棱镜出射到空气：
n sin r2 sin i2
当i1=i2时，可得 min 由几何关系： r A 1 2
sin i1 sin r1