利用分光计研究牛顿环实验的设计

利用牛顿环和分光计原理测液体折射率

项目主持人： 作者单位： 指导教师：

XX学院 XX年XX月

目 录

目 录 .................................................................................................................. （2） 摘要 .................................................................................................................... （3） 牛顿环和分光计测折射率实验仪器，目的 ................................................... （3） 牛顿环测折射率实验原理 ............................................................................... （3） 分光计测折射率实验原理 .................................

分光计的调节和使用

一. 实验目的

1. 了解分光汁的结构，学习正确调节和使用分光计的方法。 2. 用分光计测定三棱镜的顶角。

二. 实验仪器

分光计、平面反射镜、三棱镜、汞灯等。

三.实验原理

分光计是一种能精确测量角度的光学仪器。用它可以测定光线偏转角度，如反射角、折射角、衍射角等等，而不少光学量（如光波波长、折射率、光栅常数等）可通过测量相关角度来确定。了解分光计的结构，正确调节分

光计，对减小测量误差、提高测量精度是十分重要的。 1. 分光计的结构

分光计主要由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分组成，其结构如图（3-8-1）所示。平行光管用来发射平行光，望远镜用来接收平行光，载物台用来放置三棱镜、平面镜、光栅等物体，读数装置用来测量角度。

分光计上有许多调节螺丝，它们的代号、名称和功能见下表:

代号 1 2 3 4

名称

平行光管光轴水平调节螺丝 平行光管光轴高低调节螺丝

狭缝宽度调节手轮 狭缝装置固定螺丝

功能

调节平行光管光轴的水平方位（水平面上方位调节） 调节平行光管光轴的倾斜度（铅直面上方位调节）

调节狭缝宽度（0.02～2.00mm）

松开时，调平行光；调好后锁紧，以固定狭缝装置 台面水平调节（本实验中，用来调平面镜和三

南昌大学物理实验报告

课程名称： 普通物理实验（1）

实验名称： 分光计的调节与使用

学院： 理学院 专业班级： 应用物理学152班

学生姓名：学号：

实验地点： B311 座位号： 26

实验时间： 第十四周星期四上午10点开始

一、实验目的： 1、 掌握分光计的调节与使用方法。 2、 加深对光栅分光原理的理解。 3、 用投射光栅测定光栅常量。 二、实验仪器： 分光计、平面透射光栅、平面镜、汞灯。 三、实验原理： 1、 分光计的结构和原理 分光计主要由三部分：望远镜、平行光管和主体（底座、度盘和载物台）组成，每部分都有特定的调节螺丝。附件有小灯泡、小灯泡的低压电源以及看刻度盘的放大镜。 望远镜的目镜可以将小灯泡的光引入分划板，当分划板的位置刚好在望远镜的焦平面上时，从载物台上放置的平面镜上反射回来的光正好落在分划板上形成一个清晰的十字象。利用这个原理可以将望远镜调好(出射平行光以及使望远镜的主轴与仪

清 华 大 学 实 验 报 告

系别：工业工程 班号：工32 姓名：张霄玥 （同组姓名： ） 做实验日期： 2004 年 11 月 10 日 教师评定： 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。

[实验原理]

一、分光计的结构及调节原理

1、要测准入射光与出射光之间的偏转角必须满足的两个条件 （1）入射光与出射光均为平行光束；

（2）入射光与出射光的方向以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。

2、分光计的主要部件 （1）望远镜

分光计中采用自准望远镜，它由物镜，叉丝分划板与目镜组成，调节望远镜应先调节目镜使3剖面的‘’形叉丝清晰可见，然后再调叉丝套筒使 5 剖面的‘’形亮线经平面镜的反射像也清晰可见，且与‘’形叉丝无视差。

1

（2）平行光管

平行光管由狭缝与透镜组成，其结构如上图。若将狭缝调到透镜

的焦平面上，则可得平行光，这时可在望远镜视场中看见清晰的狭缝

像，且与‘’形叉丝无视差，然后再调节缝宽约１m

实验七 用分光计测光栅常数和光波的波长

【实验目的】

1. 熟悉分光计的操作

2. 用已知波长光光栅常数

3. 用测出的光栅常数测某一谱线的波长

【实验仪器】

分光计及附件一套，汞灯关源；光栅一片

【实验原理】

本实验是利用全息光栅进行测量，光源采用GD20低压汞灯，它点燃之后能发生较强的特性光谱线，在可见区辐射的光谱波长分别为5790A0，5770 A0，5461 A0，4358 A0，4047 A0。

根据夫琅和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为： dsinθ=Kλ (K=0, ±1, ±2, ±3,······) d-----光栅常数 θ-----衍射角 λ-------单色光波长

由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角θ是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，通过分光计观察时如（图8-3）所示。

这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790 A）对准该谱线的某级亮纹(例如

〈

K=±1）时，求出其平均的衍射角θy ，代入公式就可求光栅常数d，然后可与标准比较。本实验采用d=1/10

实验题目 用分光计测量玻璃棱镜折射率

【实验目的】

1、了解分光计的结构并掌握调节和使用方法. 2、掌握测定棱镜角的调整技巧与方法.

【实验仪器】

1、待测三棱镜 2、钠灯

3、分光计(附变压器、平面镜、手持照明放大镜) 4、会聚透镜

【实验原理】

1、 自准直法测量三棱镜的顶角

三棱镜由两个光学面AB和AC及一个毛玻璃面BC构成.三棱镜的顶角是指AB与AC的夹角?.如图所示,自准直法就是使自准直望远镜光轴与AB面垂直,使三棱镜AB面反射回来的小十字像位于准线中央,并由分光计的度盘和游标盘读出这时望远镜光轴

相对于某一个方向OO的角位置?1;再把望远镜转到与三棱镜AC 自准直法测三棱镜顶角

面垂直, 由分光计的度盘和游标盘读出这时望远镜光轴相对于OO的角位置?2.于是,望远镜转过的角度为

''???2??1,三棱镜的顶角??180???.由于制造上的原因,分光计带有一定的偏心差,即分光计的主轴可能

不在分度盘的圆心上,而略微偏离分度盘圆心.因此,望远镜绕过的真实角度与分度盘上反映出的角度有偏差.为了消除这种误差,分光计分度盘上设置了相隔180的两个读数窗口A与B,而望远镜读数则由两个窗口各自读数的平均值来决定.其中

??

衍射光栅是一种高分辨率的光学色散元件，它广泛应用于光谱分析．随着现代技术的发展，它在计量、无线电、天文、光通信、光信息处理等许多领域中都有重要的应用． 【实验目的】

1．观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点． 2．测定光栅常数和汞黄光的波长．

3．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作用，并加深对光的波动性的认识．

【实验仪器与用具】

分光计1台，光栅1个，低压汞灯1个． 【实验原理】

普通平面光栅是在一块玻璃片上用刻线机刻画出一组很密的等距的平行线构成的．光波射向光栅，刻痕部分不透光，只能从刻痕间的透明狭缝中通过．因此，可以把光栅看成一系列密集、均匀而又平行排列的狭缝．

图15—1光栅衍射图

光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，而衍射光通过透镜后便互相干涉．因此，本实验光栅的衍射条纹应看做是衍射与干涉的总效果．

下面我们来分析平行光垂直射到光栅上的情况(图15－1)．设光波波长为λ，狭缝和刻痕的宽度分别为a和b，则通过各狭缝以角度φ衍射的光，经透镜会聚后如果是互相加强，在其焦平面上就得到明亮的干涉条纹．根据光的干涉条件，光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹．由图15－1可知，衍射光的光程差为(a+b)sinφ ，于是，形成

实验三 分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定

光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射，光线将改变传播的方向，结果在入射光与反射光或折射光之间就存在一定的夹角。通过对某些角度的测量，可以测定折射率、光栅常数、光波波长、色散率等许多物理量。因而精确测量这些角度，在光学实验中显得十分重要。

分光计是一种能精确测量上述要求角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。 分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会对它的调节和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。对于初次使用者来说，往往会遇到一些困难。但只要在实验调整观察中，弄清调整要求，注意观察出现的现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，在反复练习之后才开始正式实验，一般也能掌握分光计的使用方法，并顺利地完成实验任务。

【实验目的】：

1．了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；

2．掌握测定棱镜角的方法；

3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。

【实验仪器】：

分光计（JJY型1’），双面镜，

大学物理实验

用分光计测棱镜玻璃的折射率 一、实验目的

1、掌握分光计的测量原理及调节方法 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

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 1.反射法测三棱镜顶角 二、实验原理

2.最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率

平行光l1射向顶角为A的三棱镜的侧面AB，经过折射后由另一侧面AC射出，入射光l1与折射光l2的夹角δ称为偏向角。根据图中的几何关系与折射定理可得如下关系 2.最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率

由上式可知，只要测出最小偏向角δmin和三棱镜顶角A，就可以计算出棱镜玻璃的折射率n。

三、实验仪器 JJY型分光计 双面镜 三棱镜 汞灯及电源

分光计的基本构造 四、实验内容 1、调节分光计

（1）调节的基本要求

分光计的调节有“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。 （2）调节的步骤

1）目测粗调“三垂直” 2）调叉丝对目镜聚焦 3）调望远镜对无穷远聚焦

4）调望远镜主光轴与分光计主轴垂直 5）调载物台

实验二十 分光计的调整和三棱镜折射率的测定

【实验目的】

1．了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法。 2．了解测定棱镜顶角的方法。

3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。 【实验器材】

分光计、钠灯、三棱镜、双面平面镜。 【实验原理】

分光计是一种常用的光学仪器，实际上就是一种精密的测角仪，在几何光学实验中，主要用来测定棱镜角、光束的偏向角等，而在物理光学实验中，加上分光元件（棱镜、光栅）即可作为分光仪器，用来观察、测量光谱线的波长等。下面以学生型分光计（JJY型）为例，说明它的结构、工作原理和调节方法。

一、分光计的结构

分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组成，

图5-11-1 分光计

1-狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管 4-制动架（一） 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-分划板 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-转座与刻度盘制动螺钉 16-望远镜制动螺钉 17-制动架（二） 18-底座 19-转座 20-刻度盘 21-游标盘 22-游标盘微调螺钉 23-