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. 实验6 分光计的调节三棱镜折射率测定
分光计是一种精确测量角度的光学仪器。利用它不但能测出反射角、透明介质的折射角、光栅的衍射角、棱镜的顶角、劈尖的角度，从而确定与这些角度有关的物理量，如折射率、光波波长、色散率、光栅常数等，而且它的结构和调节方法与其它一些光学仪器（如摄谱仪、单色仪等）相类似。因此，有必要掌握分光计的调整和使用方法。
当光从一种介质进入另一种介质时，光线将产生偏折，这就是光的折射。当一束平行光通过棱镜玻璃时，光也发生折射。对同一波长的光，不同的棱镜材料折射率不同，同一种棱镜材料，对于不同波长的入射光其折射率也不相同，如果入射光为多种波长的光组成的复合光，在棱镜后面的观察屏上将观察到折射光谱，即观察到色散现象。
本实验通过观察汞光谱线通过三棱镜后的折射光谱，了解光的色散现象，并用最小偏向角法测定三棱镜的折射率。
【实验目的】
1. 了解分光计的主要构造及各部分的作用。
2. 掌握分光计的调节要求和使用方法。
3. 观察光的色散现象。
4. 学习三棱镜顶角的测量方法。
5. 学习用最小偏向角法测定棱镜材料的折射率。
【仪器用具】
JJY型分光计、汞灯及电源、三棱镜、平面反射镜
【实验原理】
1. 用最小偏向角法测三棱镜的折射率n
如图10-1所示，有一折射率为n的三棱镜，一束平行的单色光以入射角1i（入射光与AB面法线的夹角）入射到三棱镜的AB面上，经两次折射后由另一面AC射出，出射角（出射光与AC面法线的夹角）为2i，入射光与出射光之间的夹角称为偏向角，理论上可以证明，当入射角1i等于出射角2i时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角min。 .
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图6-1 三棱镜的折射
由图6-1a可知：
1122()()irir （6-1）
光线从空气入射到棱镜，又从棱镜出射到空气，由折射定律，有：
11sinsininr （6-2）
22sinsinnri （6-3）
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，钠灯，三棱镜。
【实验原理】：
•• 三棱镜如图1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。
图1三棱镜示意图
•• 1．反射法测三棱镜顶角
如图2 所示，一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿和方位射出，和方向的夹角记为，由几何学关系可知：
••
图2反射法测顶角
2．最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率
假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹角称为偏向角，如图3所示。
• 图3最小偏向角的测定
3.17 分光计的调节和使用
【实验简介】
分光计是一种精确测量角度的典型光学仪器，常用来测量光学材料的折射率、光波波长、光学元件的色散率及观测光源的光谱等。分光计的调节思想、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，有助于操作更复杂的光学仪器。
【实验目的】
1．了解分光计的结构和工作原理。
2．掌握分光计的调节要求和调节方法。
3．学会用分光计测量玻璃三棱镜的折射率。
【预习思考题】
1．分光计在测量角度之前应处于什么状态？为什么要处于该状态？
2．自准直法调节望远镜接受平行光的主要步骤是什么？判断望远镜已调节到可以接受平行光的标准是什么？
3．利用双面镜调节望远镜光轴与中心轴垂直时，为什么要转动载物台0180使双面镜两个面反射的十字像均与分划板上方叉丝重合？只调一面行吗？
4．如何调节和判断平行光管出射平行光、平行光管的光轴与中心轴垂直？
【实验仪器】
分光计、汞灯、双面反射镜、三棱镜。
【实验原理】
1．分光计的结构
分光计由望远镜、平行光管、载物台、读数装置和三角底座五部分组成。图3.17.1是它的全貌。
1.狭缝装置 2.狭缝套筒锁紧螺钉 3.平行光管 4.载物台 5.载物台调平螺钉 6.载物台锁紧螺钉
7.望远镜 8.分划板套筒锁紧螺钉 9.自准目镜 10.目镜视度调节手轮 11.望远镜光轴俯仰调节螺钉
12.望远镜光轴水平方向调节螺钉 13.望远镜微调螺钉 14.刻度盘与望远镜固连螺钉 15.望远镜止动螺钉（在背面） 16.刻度盘 17.游标盘 18.游标盘微调螺钉 19.游标盘止动螺钉 20.平行光管光轴水平方向调节螺钉 21.平行光管光轴俯仰调节螺钉 22.狭缝宽度调节手轮
图 3.17.1
1.1三角底座
三角底座中心有竖轴，称为分光计的中心轴。轴上装有可绕中心轴转动的望远镜和载物台。
实验二十 分光计的调整和三棱镜折射率的测定之杨若古兰创作
【实验目的】 1．了解分光计的结构,把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. 【实验道理】 分光计是一种经常使用的光学仪器，实际上就是一种精密的测角仪，在几何光学实验中，次要用来测定棱镜角、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.上面以先生型分光计（JJY型）为例，说明它的结构、工作道理和调节方法. 一、分光计的结构 分光计次要由底座、千里镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分构成，每部分均有特定的调节螺钉，图5-11-1为JJY型分光计的结构外型图. 1．分光计的底座请求平稳而坚实.在底座的地方固定着中间轴，千里镜、刻度盘和游标内盘套在中间轴上，可以绕中间轴扭转. 2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来发生平行光的.其一端装有消色差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据须要可在0.02～2ｍｍ范围内调节. 图5-11-1 分光计
1-狭缝安装 2-狭缝安装锁紧螺钉 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 8-千里镜 9-目镜锁紧螺钉 10-分划板 11-目镜调节手轮 12-千里镜仰角调节螺钉
13-千里镜水平调节螺钉 14-千里镜微调螺钉 15-转座与刻度盘制动螺钉 16-千里镜制动螺钉 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-游标盘制动螺钉 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 3．千里镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一路，套在主刻度盘上，它是用来观察目标和确定光线的传播方向.千里镜由目镜零碎和物镜构成，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，三个管彼此可以绝对挪动，也能够用螺钉固定，如图5-11-2所示，在中管的分划板下方紧贴一块450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，照明小灯发出的光线从小棱镜的另不断角边入射，从450反射面反射到分划板上，透光部分在分划板上便构成一个明亮的十字窗. 4．分光计上控制千里镜和刻度盘动弹的有三套结构，准确应用它们对于测量很次要，具体如下： （1）千里镜制动和微动机构，图5-11-1中的16、14； （2）分光计游标盘制动和微动控制机构，图5-11-1中的23、22； （3）千里镜和刻度盘的离合控制机构，图5-11-1中的15. 动弹千里镜或挪动游标地位时，都要先松开响应的制动螺钉；微调千里镜及游标地位时要先拧紧制动螺钉. 要改变刻度盘和千里镜的绝对地位时，应先松开它们间的离合控制螺钉，调整后再拧紧. 普通是将刻图5-11-2 千里镜结构 图5-11-3 分划板
