许多物理量，例如折射率、光栅常数、光的色散率、光的波长等可以通过角度的测量测定。因此，精确测量光线的偏转角度在光学实验中甚为重要。分光计是精确测定光线偏转角度的一种光学仪器，也是摄谱仪、单色仪等光学仪器的基础，为此，我们应该了解分光计的结构，掌握分光计的调节和使用方法。

实验目的

1.了解分光计的结构，掌握其调节要求和调节方法。

2.掌握测量三棱镜顶角的方法。

3.掌握测量棱镜主折射率的方法。

实验原理及方法

1.分光计的调节

调节分光计的要求：望远镜聚焦于无穷远处；平行光管、望远镜的光轴重合且与仪器的转轴相垂直；平行光管产生平行光；载物台平面与仪器转轴垂直。

1.1 调节望远镜

1.1.1 使望远镜聚焦于无穷远，打开目镜小灯，从目镜观察分划板，旋转目镜镜头，使分划板上的双十字叉丝清晰。

1.1.2 在平台上放一平面反射镜，如图1所示。转动平台。使镜面对着望远镜主轴，调节平台水平调节螺丝Ⅰ和Ⅱ以及望远镜水平调节螺丝，使镜面与望远镜主轴垂直，从目镜中观察由平面镜反射回的绿色十字像。前后移动分划板套筒，使分划板置于望远镜的物镜焦平面上，使绿十字与分划板叉丝间无视差。此时望远镜对无穷远聚焦，再锁紧目镜套筒紧固螺丝。

      图1                                   图2    

1.2 调节望远镜主轴与仪器转轴垂直

将平台转过180°，用上述方法，在望远镜中找绿色十字像，平面反射镜两个都出现十字像后，再调望远镜和平台的倾斜度，用各半法，先调望远镜水平调节螺丝，使绿十字移近调整用十字横线一半，如图2（b）所示。再调平台调节螺丝Ⅰ和Ⅱ，使反射像绿十字和分划板调整用十字叉丝的横线完全重合，如图2（c）所示。再将平台转过180°，用同样方法反复调节。直至平面镜任一面对准望远镜时，反射像绿十字均和分划板调整用十字叉丝重合。

1.3 调载物台与仪器转轴垂直

将平面镜（拿起）转过90°，转动载物平台使平面镜对准望远镜，调节平台调节螺丝Ⅲ使绿十字和调整用十字叉比重合并无视差。

调节至此，望远镜光轴与仪器转轴垂直，且载物台的面与仪器转轴垂直。

1.4 调节平行光管

1.4.1 调节平行光管使产生平行光

将钠光灯置于狭缝前，从望远镜中观察狭缝像，前后移动狭缝套筒，改变狭缝与平行光管物镜间的距离，使狭缝像清晰。此时平行光管发出平行光。

1.4.2 使平行光管主轴与仪器转轴垂直

转动狭缝套筒，使狭缝呈水平，调平行光管水平调节螺丝，使狭缝像与测量用十字叉丝水平线重合，此时平行光管主轴与望远镜主轴平行且垂直于仪器转轴。然后将狭缝竖直，以备测量用。

     图3                                         图4

2.三棱镜顶角的测量

将三棱镜放于载物台上，并使顶角A对准平行光管（顶角应放在平台中心处，否则会增大测量误差），使平行光照射在三棱镜的两个反射面上。从AC面反射的光线可将望远镜转到Ⅰ处进行观察，测量时先使狭缝像落于叉丝之内侧，再沿一个方向调节望远镜微调螺丝，使叉丝竖线对准狭缝的像，这时得到望远镜的位置读数，再将望远镜沿同一方向转到Ⅱ处，使叉丝竖线又一次对准狭缝像，得到望远镜的位置读数和。从图3可得棱镜的顶角A为

 （1）

3.棱镜折射率的测量

用纳光灯照亮狭缝，将已知顶角为A的待测三棱镜按图4所示位置放在平台上，转动望远镜至T1位置，能清楚地看到经棱镜折射后形成的狭缝像。转动平台，狭缝像也跟着转。望远镜跟踪狭缝像观察。当平台继续沿一个方向转动而狭缝像却往返方向移动时，这个转折点的位置T2与原入射光的夹角即为最小偏向。反复观察，找出狭缝像至最细程度，并微调望远镜，使其竖直叉丝与狭缝像重合，记录两边游标的读数。移去三棱镜，转动望远镜，使望远镜中竖直叉丝对准平行光管的狭缝像，记录两边游标读数，重复测量，按

 （2）

求出的测量结果。

把A和代入公式

 （3）

求出棱镜对钠光的折射率，并写出测量结果。

仪器构造及使用

分光计、平面反射镜、钠光灯、三棱镜等。

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。其示意结构如图5所示。

图5

1—狭缝宽度调节螺丝    2—狭缝套筒紧固螺丝    3—平行光管    4—支持架    5—载物平台

6—望远镜镜筒   7—目镜套筒主轴水平调节螺丝   8—目镜视度调节手轮   9—阿贝目镜照明灯

10—望远镜主轴水平调节螺丝    11—载物平台锁紧螺丝    12—度盘    13—望远镜微调螺丝

14—望远镜与度盘固定螺丝   15—望远镜止动螺丝（在背面）  16—底座   17—游标微调螺丝

18—游标盘止动螺丝    19—载物台水平调节螺丝    20—平行光管主轴水平调节螺丝

分光计的读数装置由刻度盘和游标盘两部分组成。刻度盘分为360°，最小分度为半度（30'），半度以下的数可借助游标确读出。游标等分30格，游标的这30小格正好与刻度盘上的29小格对齐，因此可知游标上一小格为29'，游标上一小格与刻度盘上一小格两者之差为1'，从而推知游标上n小格与刻度盘上n小格相差n'。

角游标的读法与直游标（如游标卡尺）相似，以游标零线为准，先读出大数（大于30'的部分），再利用游标读出小数（小于30'的部分），大数跟小之和即为测量结果。现举二例试读，如图6所示。

图6

在制作分光计时，难以做到使望远镜、刻度盘的旋转轴线与分光计中心轴完全重合。为消除刻度盘与分光计中心轴偏心而引起的误差，在游标盘同一条直径的两端各装一个读数游标。测量时两个游标都应读数，然后分别算出每个游标两次数之差，取其平均值作为测量结果。

实验内容

1.根据分光计的结构和调节要求调节分光计。

2.测定三棱镜的顶角A。

3.测定最小偏向角。

4.根据公式计算三棱镜的折射率n。

操作重点及难点

1.首先应从望远镜中到绿十字像，若找不到应先粗调，从侧面观察找反射像，然后调节平台螺丝，使绿十字像出现在望远镜中，最后用各半法进行细调。

2.分光计调节中的三个垂直与三个聚焦的调节。

注意事项

1.测顶角时，三棱镜顶角应靠近载物台中心位置，否则反射光不能进入望远镜。

2.在读数时，要注意望远镜转运过程中是否经过刻度盘零点，如经过末读数应加（或减）360°。

设计性实验

试拟出用自准法测三棱镜顶角A的方法

预习思考题

1.分光计有哪几个主要部分？各部分的主要作用是什么？

2.分光计调节的具体要求是什么？如何调节？

讨论题

能否用三棱镜代替平面镜调节分光计？为什么？试拟出实验步骤。下载本文