大学物理光学实验(部分).doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date大学物理光学实验(部分)单缝衍射大学物理光学实验（部分）单缝衍射一、 实验目的1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点；2.测量单缝衍射的相对光强分布。二、 实验仪器激光器、单缝、检流计、硅光电池等三、 实验原理照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级n级亮条纹。暗条

2、纹依次是1级、2级.n级。设光轴上的光强为屏上与光轴夹角 为的一处光强为 （1）1.当时，；称为主极大或零级亮条纹。2.当，即时，出现暗条纹。暗条纹在的方向上。主极大两侧暗条纹之间的夹角，其余暗条纹间的间距为。3.其他亮条纹的位置：可得： 即：亮条纹的光强是极值的0.047，0.017，0.008倍4.总结：-2-1.43-01.4320-0.047000.0470四、 实验内容和步骤1.按夫琅和费单缝衍射实验装置设计光路。即入射到狭缝的光束是平行光，传播到观察点的各子波的光线也是平行光。2.激光点亮并垂直于狭缝，观察屏放到较远处Da.3.观察单缝衍射现象（1）调节狭缝又宽变窄，再由窄变宽，观

3、察衍射图像的变化，估计出衍射图像刚出现可分辨条纹时的缝宽。（2）调节缝宽，观察缝宽与衍射角的关系，注意其规律性。（3）观察狭缝大小与亮条纹的宽度、亮度（光强）清晰度的关系。（4）改变屏到狭缝的距离D，重复上述情况的观察，记下变化的规律。4.测量单缝衍射图像的光强分布（1）调节缝宽，屏上出现清晰的衍射图像。由光电池代替观察屏，光强计由检流计（或毫伏表）的读数表示。（2）将光电池沿衍射图像展开的方向从做到右（或反向）以一定的间隔（间隔大小以能在一条纹上多读几个数值为准，光强逐点测量。）要对光电池前的光栏宽度适当调整。如：确定中心零点，然后向外以0.5mm为间距测量。（3）.改变单缝宽度，其他条件不

4、变，按步骤（2）再测一组数据。（4）.将所测光电流数据归一化、即将所测数据对最大值（中央主极大值）取相对比值,作曲线，即得到单缝衍射的相对光强分布曲线（共2条）。（5）.从曲线上得到光强极小值（暗纹）的位置，测出单缝到光电池的距离D，便可以算出衍射角 ，并与理论值比较。利用第一级暗纹的衍射角和已知波长求出狭缝宽度。（6）由光强分布曲线确定光强次极大的位置和相对光强，并与公式（3）、（4）比较。（7）对比和分析所测的两条相对光强分布曲线。总结出单缝衍射图像的规律和特点。一、 注意事项1.使用可调滑块。2.开始处于闭合状态。3.以中心最亮条纹处开始，结合调整狭缝宽度，调节电表的量程和示数的大小。4

5、.在改变量程时，要注意表随时校零。5.滑块调整所限，可以从中心向一侧测量。6.测量时，可用等间距测量；也可以采用峰值测量。测量单缝衍射的光强分布实验目的：a观察单缝衍射现象及其特点；b测量单缝衍射的光强分布；c应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽；实验仪器：导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、WJH型数字式检流计。实验原理和方法：光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍

6、射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域：或式中：a为狭缝宽度；L为狭缝与屏之间的距离；为入射光的波长。可以对L的取值范围进行估算：实验时，若取，入射光是激光，其波长为632.80nm，所以只要取，就可满足夫琅和费衍射的远场条件。但实验证明，取，结果较为理想。b. 根据惠更斯费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：式中： 暗纹条件：由上式知，暗条纹即出现在，即暗纹条件为，明纹条件：求为极值的各处，即可得出明纹条件。令推

7、得 此为超越函数，同图解法求得：，即 ，可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件，2，3，只是近似准确的。单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下：0c. 应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽由暗纹条件：并由图有：由于很小，所以令（b为两相邻暗纹间距），则（或，为中央明纹半宽度）由此可见，条纹间距b正比于L和，反比于缝宽a。由实验曲线测出b（取平均值），即可算出缝宽a。d. 实验证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替，就可完全应用以上的理论和公式。实验内容和步骤： 实验主要内容

8、是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算出缝宽。实验中用硅光电池作光强的测量器件。硅光电池能直接变为电能，在一定的光照范围内，光电池的光电流与光照强度成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计，以数字显示来检测光电流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流进行处理，从而将光强以数字显示出来。a按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平；b激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm左右，加上本实验采用的是方向性很好，发散角的激光作为光源，这样可满足夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜和。；c点亮激

9、光器，使激光垂直照射于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注意的是：观察时不要正对电源，以免灼伤眼睛。d将WJH接上电源开机预热15min，将量程选择开关置I档，衰减旋钮置校准为止（顺时针旋到底，即灵敏度最高）。调节调零旋钮，使数据显示器显示“-000”（负号闪烁）。以后在测量过程中如果数码管显示“999”，此为超量程知识，可将量程调高一档。如果数字显示小于190，且小数点不在第一位时，可将量程减少一档，以充分利用仪器分辨率。e. 将小孔屏置于光强测量装置之前，调二维调节架，选择所需的单缝缝宽，观察小孔屏上的衍射花纹，使它由宽变窄及由窄变宽重复几次，一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象

10、和变化规律，另一方面调节各元件，使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当，以便测量。这一步是测量效果是否理想的关键。f. 移去小孔屏，调整一维光强测量装置，使光电探头中心与激光束高度一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。g. 关掉激光电源，记下本底读数（即初读数）再打开激光电源，开始测量。为消除空程，减小误差，应转动手轮使光电探头单方向移动，即沿衍射图像的展开方向（X轴方向），从左向右或从右向左，每次移动0.200mm，单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。h. 在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值（减去初读数）描绘出来。就得单缝衍射的光强分布图。若以光强最

11、大值除各数值，也可得出单缝衍射的相对光强分布图。i. 测出狭缝到硅光电池的距离L，并从光强分布图上测出b（多测几个，取平均值）或，算出狭缝缝宽。j. 用读数显微镜直接测出缝宽，测5次，取平均值，与衍射测量结果比较，求相对误差。参数及数据记录：见附表数据处理：中央明纹半宽度为：则：思考题：1当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹宽度将会怎样改变？如缝宽减半，又怎样 改变？ 答：由可知，当a增加一倍时，L、保持不变，b变为原来的1/2，光强 增加，条纹变细。当a减半时，b变为原来的两倍，光强减弱，条纹变宽。2激光输出的光强如有变动，对单缝衍射图像和光强分布曲线有无影响？有何影响？ 答：激光输出的光

12、强增大时，衍射图像明纹变亮，光强分布曲线变陡，当输出光强减 弱时，衍射图像明纹变暗，光强分布曲线变平缓。3平行光的衍射称为夫琅和费衍射，试证明，夫琅和费衍射条件为：。 证：光程差，即得由于极小，故舍去，得即4用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径？其原理和方法？ 答：可以，把单缝换成要测量的金属丝，屏上夫琅和费衍射花样和同样宽度的单缝衍射花样的一样，故只需将单缝宽度a换成细丝直径d，则可计算出d。透镜参数的测量透镜是最基本的光学元件，根据光学仪器的使用要求，常需选择不同的透镜或透镜组。透镜的焦距是反映透镜特性的基本参数之一，它决定了透镜成像的规律。为了正确地使用光学仪器，必须熟练掌握透镜成像的

13、一般规律，学会光路的调节技术和测量焦距的方法。【实验目的】1. 了解薄透镜的成像规律；2. 了解球差、色差产生的原因；3. 掌握光学系统同轴等高的调节；4. 掌握测量薄透镜焦距的几种方法，加深对透镜成像规律的认识。【实验原理】1. 准备知识 薄透镜是指透镜中心厚度比透镜的焦距或曲率半径小很多的透镜。透镜分为凸透镜和凹透镜两类：中间厚、边缘薄的透镜称为凸透镜，对光线有会聚作用，又称为会聚透镜；中间薄、边缘厚的透镜称为凹透镜，对光线有发散作用，又称为发散透镜。有关透镜的一些名词解释：主光轴：通过透镜两个折射球面的球心的直线，叫透镜的主光轴（或主轴）。光心：光线通过主光轴上某一特殊点，而不改变方向，

14、这个点叫透镜的光心。副光轴：除主光轴外通过光心的其他直线叫副光轴。近轴光线：一般使用透镜时，物体都在主光轴附近，入射光线的入射角很小，这样的光线叫近轴光线。焦点：平行于主光轴的近轴光线，通过透镜后会聚（或发散，这时其反向延长线会聚）于主光轴上的点，叫主焦点F，如图（一）所示。每个透镜都有分居透镜两侧的两个主焦点。焦距：光心O到主焦点F间的距离叫焦距（用字母f表示）。每个透镜有两个焦距。薄透镜两侧的媒质相同时，两个焦距相等。 焦平面 焦平面 O F F f f (a) 凸透镜的焦点 (b) 凹透镜的焦点图（一）透镜的焦点及焦平面 光路可逆原理：在反射和折射定律中，光线如果沿反射和折射方向入射，则

15、相应的反射和折射光将沿原来的入射方向。这就是说，如果物点Q发出的光经光学系统后再Q点成像，则Q点发出的光线经同一光学系统后必然会在Q点成像，即物和像之间是共轭的。2. 薄透镜成像公式在近轴光线条件下，透镜成像公式为 （1）其中为物距，实物为正，虚物为负；为像距，实像为正，虚像为负；为焦距，凸透镜为正，凹透镜为负。3. 凸透镜焦距的测定 距凸透镜为无穷远的发光点发出的光束，经凸透镜后，会聚于焦平面上成一光点，称作发光点的像。一个有一定形状大小的物（自身发光或反射光），可看作是很多发光点的集合。距凸透镜为无穷远的物上各点发出的光，都相应地在焦平面上会聚成一个像点，这些像点的集合，就是物的像。测量薄

16、透镜的焦距，通常是根据薄透镜的成像规律和光路可逆原理来进行的。 凸透镜的成像规律是:：当物距sf时，成正立放大的虚像；当s=f时，不成像；当fs2f时，成倒立缩小的实像。ABA1 A2B1B2DO1O2AA1BB1O图（二） 凸透镜自准法光路 图（三） 凸透镜共轭法光路（1）自准法 如图（二）所示，如果一个凸透镜主光轴的点光源发出的光经过凸透镜后，能够成一束平行光，则这个点光源所在的位置就是凸透镜的焦点F。实验中用的不是点光源，而是一个发光物体AB。当发光物AB处于凸透镜的焦平面上，则B点所发出的光线经透镜后为一束平行光，若在透镜后放一垂直于主光轴的平面镜，将此光束反射回去，反射光再经过凸透镜

17、后仍汇聚于焦平面上，成实像B。 则形成与原物等大的倒立实像A1B1。因此，实验时移动凸透镜的位置，当在物平面上能看到平面镜反射回来的等大倒立的像时，透镜与物屏之间的距离即为焦距。（2）共轭法当物屏与像屏之间的距离时，若保持不变而移动透镜,则可在像屏上两次成像。如图（三）所示，当透镜移至O1处时，屏上出现一个倒立放大的实像A1B1。设此时物距为，像距为，则，即 （2）当透镜移至O2处时，屏上出现一个倒立缩小的实像A2B2，同理，有 （3）由图知 （4）则（3）式改写为 （5）结合（2）和（5）式，可推出 （6）因此，只要测出物屏与像屏之间的距离D及两次成像时透镜位置之间的距离，便可求出焦距。由公

18、式（6），也可以看出，要求出，必须要求。4. 凹透镜焦距的测定 凹透镜的成像规律：一个物体经过凹透镜只能成一个正立缩小的虚像，而不能直接成实像，像距无法直接测量，所以测量其焦距不能用测量凸透镜的方法来直接测量，必须利用一个凸透镜作为辅助透镜。这样，物点所发出的光线经过凸透镜会聚之后，虽经凹透镜发散仍然是有可能会聚的，这样就可以得到实像。（1）物距像距法如图（四）所示，物体AB先经过L1成倒立缩小的实像A1B1，将L2插放在L1与A1B1之间，然后调整L2与L1的间距，则可以成一个实像A2B2。我们来考虑物点B，物点B所发出的光线只经过凸透镜L1之后会聚于像点B1。将一个焦距为f的凹透镜L2置于

19、L1与B1之间，然后调整L2与L1的间距，由于凹透镜具有发散作用，像点将移到B2点。根据光路可逆性原理，如果将物置于B2点处，则由物点B2发出的光线经透镜L2折射后，折射光线的反向延长线相交于B1点。故在B2点的物点只经过凹透镜L2所成的虚像将落在B1点。令|O2A2|=s，| O2A1| =s，又考虑到凹透镜的f和s均为负值，由（1）式可得 （7） L1 L2 B O1 O2 A1 A2 A B1 B2 图（四） 凹透镜物距像距法光路（2）自准法如图10-5所示，将物点A置于凸透镜L1的主光轴上，测出其成像位置B。将待测凹透镜L2和一个平面反射镜M置于L1和B之间。移动L2的位置，若物点A所

20、发出的光线经过L1、L2后能成一束平行光，则由光路可逆原理，|O2B|就是待测凹透镜的焦距。使由M反射回去的光线经L2、L1后，仍成像于A点。此时，从凹透镜到平面镜上的光将是一束平行光，B点就是由M反射回去的平行光束的虚像点，也就是L2的焦点。测出L2的位置，间距|O2B|就是待测凹透镜的焦距。 图（五）凹透镜自准法【实验仪器】光具座，凸透镜，光源，物屏，像屏，平面镜。【实验内容】1. 光具座上各元件的共轴调整由于应用薄透镜成像公式时需满足近轴条件，因此必须将各光学元件的主光轴重合，并使该轴与光具座的导轨平行。这就是“同轴等高”的调整。它在光学实验中是必不可少的步骤。共轴调整分粗调和细调两步进

21、行。（1）目测粗调把光源、物屏、凸透镜和像屏依次装到光具座上，先将它们靠拢，调节高低、左右位置，使各元件中心大致等高在一条直线上，并使物屏、透镜、像屏的平面互相平行。（2）细调（依据成像规律的调整）（a）利用自准法调整：调节透镜上下及左右位置，使物像中心重合。（b）利用共轭法调整：使物屏和像屏之间的距离D ，在物屏和像屏之间移动凸透镜，可得一大一小两次成像。若两个像的中心重合，表示已经共轴；若不重合，可先在小像中心作一记号，调节透镜高度使大像中心与小像的中心重合。如此反复调节透镜高度，使大像的中心趋向于小像中心（大像追小像），直至完全重合。（c）两个或两个以上透镜的调整：可采用逐个调整的方法，

22、先调好凸透镜，记下像中心在屏上的位置，再加上凹透镜调节，使凹透镜的像中心与前者重合就可以了。2. 用自准法测量凸透镜的焦距按照图（二），采用左右逼近读数法，即从左往右移动物屏，直至在物屏上看到与物大小相同的清晰倒像，记录此时物屏的位置；再从右至左移动物屏，直至在物屏上看到与物大小相同的清晰倒像，记录此时物屏的位置，然后取两次读数的平均值作为透镜L的位置。则物屏和透镜L在光具座上的位置A和O之间的距离即为凸透镜的焦距f，即f=|AO|，改变物屏位置重复以上步骤五次。3. 用共轭法测量凸透镜的焦距按照图（三），放置物屏和像屏，使它们的间距，移动透镜L，分别读出成清晰大像和小像时透镜L在光具座上的位

23、置O1和O2，算出d=|O1-O2|。改变D的值，重复测量五次。注意：尽量使D接近4f，不要太大，以免大像过大，小像过小，难以确定成像最清晰时凸透镜所在位置。4. 用物距像距法测量凹透镜的焦距 (1) 如图（四），将凸透镜置于O1处，移动像屏，出现缩小清晰的像后，记下像A1B1的位置A1 。（2）在L1与像A1B1之间插入凹透镜L2 ，记下L2的位置O2 ，移动像屏直至屏上出现清晰的像A2B2 ，记下像屏的位置A2 。由此得到：s=|O2-A1|和s=|O2-A2| 。代入公式（7）中，便可算出f凹 。（3）改变凸透镜的位置，重复测量五次。5. 用自准法测量凹透镜的焦距 （1）如图（五），调整

24、物屏与凸透镜（位于O1点）位置，使物体AB（位于A点）经过凸透镜成一个缩小的实像A1B1（位于B点）。 （2）在凸透镜与像之间放上凹透镜L2（位于O2点）和平面镜M，并在导轨上移动它们，直至物屏上出现清晰的像，与原来的物体AB大小一样。则f=|O2B|。 （3）改变凸透镜的位置，重复测量五次。6透镜的像差理想的成像应该是，物平面上每一点发出的光，在像平面上会聚成一个相应的点，并且不改变其相关位置。这样的像是完全清晰，没有像差的。实际上简单的透镜成像会发生多种类型的像差，其中最简单和最显著的两种是色差和球差。色差是由于玻璃折射率是光波长的函数引起的，用不同波长的光测量透镜的焦距，结果会稍有差异（

25、图（六），所以被白光照明的物就不能会聚成单一的像平面。对红光聚焦较好时，像就带蓝紫边，而对蓝紫光聚焦较好时，像又带红橙边。球差的产生是因为简单的球面透镜不能把照射于透镜所有部位的光线都会聚于一点。如图（七）所示，从同一个物点发出的近轴光线会聚于1点，张角较大的光线会聚于2，张角连续变化，会聚点也连续改变，因而就找不到完全清晰的成像平面。为了提高像的清晰度可以给透镜加一光栏，遮住张角大的光线，只让近轴光线通过。当然，光栏的孔径愈小效果就愈好，但是由于光通量减少，像的亮度就低。为了校正透镜的色差和球差，光学仪器常采用复合透镜组。 图（六）透镜的色差 图（七）透镜的球差【实验数据记录和处理】【注意事

26、项】(1)由于人眼对成像的清晰度分辨能力有限，所以观察到的像在一定范围内都清晰，加之球差的影响，清晰成像位置会偏离高斯像。为使两者接近，减小误差。记录数值时应使用左右逼近的方法。(2)不允许用手触摸透镜，光学元件要轻拿轻放。(3)透镜不用时,应将其放在光具座的另一端。【思考题】1. 如何用简便的方法区别凸透镜和凹透镜（不允许用手摸）？2. 为什么要调节系统达到共轴的要求？怎样调节？3为什么可以用“大像追小像”的方法，调节透镜系统达到共轴等高的要求？4.用“共轭法”测凹透镜的焦距时，为什么要让物屏与像屏的距离大于4 倍焦距？ 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

27、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. 实验原理图3-8-1 分光计结构图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

28、。分光计上有许多调节螺丝，它们的代号、名称和功能见下表:代号名 称功 能1平行光管光轴水平调节螺丝调节平行光管光轴的水平方位（水平面上方位调节）2平行光管光轴高低调节螺丝调节平行光管光轴的倾斜度（铅直面上方位调节）3狭缝宽度调节手轮调节狭缝宽度（0.022.00mm）4狭缝装置固定螺丝松开时，调平行光；调好后锁紧，以固定狭缝装置5载物台调平螺丝（3只）台面水平调节（本实验中，用来调平面镜和三棱镜折射面平行于中心轴。）6载物台固定螺丝松开时，载物台可单独转动、升降，锁紧后，使载物台与游标盘固联7叉丝套筒固定螺丝松开时，叉丝套筒可自由伸缩、转动（物镜调焦）；调好后锁紧，以固定叉丝套筒8目镜调焦轮目

29、镜调焦用（调节8，可使视场中叉丝清晰）9望远镜光轴高低调节螺丝调节望远镜光轴的倾斜度（铅直面上方位调节）10望远镜光轴水平调节螺丝（在图后侧）调节望远镜光轴的水平方位（水平面上方位调节）11望远镜微调螺丝（在图后侧）在锁紧13后，调11可使望远镜绕中心轴微动12刻度盘与望远镜固联螺丝松开l2，两者可相对转动；锁紧12，两者固联，才能一起转动13望远镜止动螺丝（在图后侧）松开13，可用手大幅度转动望远镜；锁紧13，微调螺丝11才起作用14游标盘微调螺丝锁紧l5后，调l4可使游标盘作小幅度转动15游标盘止动螺丝松开15，游标盘能单独作大幅度转动；锁紧15，微调螺丝14才起作用149+2214922

30、 14930+1414944图 3-8-2 角游标的读数示例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），半度以下的角度可借助游标准确读出。游标等分为30格，游标的这30小格正好跟刻度盘上的29小格对齐，因此知道游标上1小格为29，游标上1小格与刻度盘上1小格两者之差为1，即分光计最小分度为1。由此可知游标上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，以游标零线为基准，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），大数跟小数之和即为测量结果。现举二例见图3-8-2。在生产分光计时，难以做到使望远镜、刻度盘的

31、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读数之差，取其平均值作为测量结果。用双游标消除偏心误差的原理详见附注。图 3-8-3 阿贝目镜式望远镜的结构和视场2. 分光计的调节概括地说，分光计的调整要求是：使平行光管出射平行光；望远镜适合于接收平行光；平行光管和望远镜的光轴等高并与分光计中心轴垂直。 在正式调整前，先目测粗调：使望远镜和平行光管对准；将载物台、望远镜和平行光管大致调水平，使它们大致垂至于分光计中心轴。这一步很重要，只有做好粗调，才能按下列步骤进一步细调（否则

32、细调难以进行）：调整望远镜使其达到下面两条要求（望远镜是由物镜镜筒、叉丝套筒和目镜镜筒三部分组成。叉丝到目镜和物镜的距离皆可调节。常用的阿贝目镜式望远镜的结构和视场如图3-8-3所示）：图 3-8-4 平面镜在载物台上的放法用自准法调节望远镜，使之适合于接收平行光：点亮望远镜侧窗的照明灯将叉丝照亮，旋转移动目镜使叉丝位于目镜焦平面上，此时叉丝看得很清楚。再按图3-8-4所示位置，将平面反射镜置于载物台上（镜面朝望远镜）。然后缓慢转动载物台，同时调节叉丝套筒（改变叉丝与物镜间距），从望远镜中找到由平面镜反射回来的模糊光斑（如果找不到，则粗调没有达到要求，应重调）。找到光斑后进一步细调叉丝套筒，光

33、斑逐渐变变成清晰的绿色小亮“十”字（它是叉丝平面上小黑十字的反射像，为绿色小亮十字）。当叉丝位于物镜焦平面上时，叉丝发出的光经过物镜后成为平行光，平行光经平面镜反射再次通过物镜后仍成像于叉丝平面。此时，从目镜中可同时看清叉丝与绿色小亮“十”字，且两者无视差。至此，叉丝既落在目镜焦平面上又落在物镜焦平面上，望远镜已适合于接收平行光。各镜筒间的相对位置就不应改变了。要补充说明的是，叉丝套筒在调节过程中应做适当转动，使竖直叉丝平行于分光计中心轴（怎样鉴别是否已达到了这一要求？）。使望远镜光轴垂直于分光计中心轴： 望远镜调好焦后，从目镜中能同时看清叉丝和绿色小亮“十”字，且两者无视差。但绿色小亮“十”

34、字一般不处于小黑十字的对称位置（aa线）上。其原因可能是望远镜光轴未垂直中心轴，也可能是平面镜镜面与中心轴不平行，或者两者兼有。为使望远镜光轴垂直中心轴，调整方法如下：首先检查平面镜正反两面分别正对望远镜时，视场中是否都能找到绿色小亮“十”字（如果找不到或只找到一个，说明粗调不合格，应进一步调整）。然后用螺丝9调节望远镜光轴倾斜度，使绿色小亮“十”字到aa线的距离减小一半，再调载物台螺丝G1（或G3）使两者重合。把载物台转l80，使平面镜的反面正对望远镜，再次用“各半调节法”同样调节。如此反复调节，直到平面镜任一面正对望远镜时，视场中的绿色小亮“十”字都落在调整叉丝aa上时为止。此时，望远镜光

35、轴就与中心轴垂直了。调节过程中，不必刻板地运用“各半调节法”。若发现正反两面的反射像纵向位移较大，说明平面镜镜面与中心轴明显不平行，就应侧重调节螺丝G1或G3。如果纵向位移不大，但反射像都远离aa线，这表明望远镜光轴与中心轴明显不垂直，就该侧重调节螺丝9了。（2）调整平行光管。调整平行光管使之出射平行光：平行光管是由两个可以相对滑动的套简组成的，外筒上装有一组消色差透镜，内筒外端装有一个宽度可调的狭缝。调节时先取下载物台上的平面镜，点亮汞灯使之正照狭缝。然后一边调节平行光管上狭缝和透镜的间距，一边用调好焦的望远镜对准平行光管观察。当狭缝正好调到透镜焦平面上时，平行光管就出射平行光。由于望远镜已

36、适合于接收平行光，因此平行光射入望远镜后将在叉丝平面成像。这时从望远镜中能看到清晰的与叉丝无视差的狭缝像。这就是说，我们是以调好焦的望远镜视场中，能否产生清晰的、无视差的狭缝像作为判据，来判别平行光管出射的光是否是平行的。使平行光管光轴与分光计中心轴垂直：调节螺丝3使狭缝像宽约1mm多，再转动狭缝使狭缝像平行于竖直叉丝，然后调节平行光管光轴水平调节螺丝1和高低调节螺丝2，把狭缝像精确调到视场中心且被十字叉丝所等分。至此，平行光管与望远镜的光轴重合且与分光计中心轴垂直。四. 实验内容1. 调整分光计按分光计的调整要求和调节方法，正确调节分光计至正常工作状态。2. 调节三棱镜要使三棱镜两折射面与分

37、光计中心轴平行（即与已调好的望远镜光轴垂直）。图 3-8-5 三棱镜的放法（1）将三棱镜按图3-8-5那样平放在载物台上。图中ABC表示三棱镜的横截面，AB、AC、BC是三棱镜的三个侧面。其中，AB、AC两个侧面是透光的光学表面（称为折射面）、侧面BC是毛玻璃面（称为底面）。三棱镜两折射面的夹角称为顶角。放置三棱镜时，顶角要靠近载物台中央，折射面要与载物台下调平螺丝的连线垂直。（2）转动载物台，使三棱镜的一个折射面正对望远镜。调节载物台调平螺丝，使亮“十”字形反射像落在调整叉丝aa上。转动载物台使另折射面正对望远镜，再按上述方法重新调节。来回反复调节几次，直到两个折射面都垂直于望远镜光轴为止。

38、注意：调节过程中只能调节载物台下的调平螺丝，不能动望远镜下的方位调节螺丝。3. 用反射法测三棱镜顶角图 3-8-6 用反射法测三棱镜顶角转动载物台，使三棱镜顶角对准平行光管，让平行光管射出的光束照在三棱镜两个折射面上（见图3-8-6）。将望远镜转至I处观测反射光，调节望远镜微调螺丝（11），使望远镜竖直叉丝对准狭缝像中心线。再分别从两个游标（设左游标为A，右游标为B）读出反射光的方位角、；然后将望远镜转至处观测反射光，相同方法读出反射光的方位角、。由图3-8-6可以证明顶角为：要求测量3次以上，求平均值和不确定度，数据表格自拟。每次测量完后可以稍微变动载物台位置，再测下一次。五. 注意事项（1

39、）三棱镜要轻拿轻放，要注意保护光学表面，不要用手触摸折射面。（2）用反射法测顶角时，三棱镜顶角应靠近载物台中央放置（即离平行光管远一些）否则反射光不能进入望远镜。（3）在计算望远镜转角时，要注意望远镜转动过程中是否经过刻度盘零点，如经过零点，应在相应读数加上360（或减去360）后再计算。六. 问题讨论（1）在载物台上放置三棱镜时，为什么要使折射面垂直于载物台调平螺丝的连线？（2）不用汞灯和平行光管，利用望远镜自身产生的平行光来测三棱镜顶角的方法称为自准法。试用自准法测三棱镜顶角，并说明测量原理和方法。（3）试利用图3-8-6，证明反射法测三棱镜顶角的测量公式。平行光管的调整及使用1了解平行光管的结构及工作原理。2学会用平行光管测量凸透镜的焦距。3会用平行光管测定鉴别率。平行光管，平面反射镜，平行光管分划板，测微目镜，凸透镜，光具座。平行光管的结构图442图441平行光管是产生平行光束的装置，其外形如图441所示。当调试好平行