分光計是精確測定光線偏轉角的儀器,也稱測角儀。光學中的許多基本量如波長,折射率等都可以直接或間接地表現為光線的偏轉角,因而利用它可測量波長、折射率,此外還能精確的測量光學平面間的夾角。
許多光學儀器(棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、分光光度計、單色儀等)的基本結構也是以它為基礎的,所以分光計是光學實驗中的基本儀器之一。使用分光計時必須經過一系列的精細調整才能得到精確的結果,它的調整技術是光學實驗的基本技術之一。分光計主要由底座、平行光管、望遠鏡、載物臺和讀數圓盤五部分組成。
術語簡介
分光計是精確測定光線偏轉角的儀器,也稱測角儀。
它是光學實驗中常用的的實驗儀器。光學中的許多基本量如波長、折射率都可以直接或間接地用光線的偏轉角來表示,因而這些量都可以用分光計來測量。
分光計的基本光學結構又是許多光學儀器(如棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、分光光度計、單色儀等)的基礎。它在物理實驗中既能夠培養學生的基本實驗技能,又能培養學生應用理論知識解決實際問題的能力,因此它是大學物理實驗的必作實驗。
在觀察有關現象和測量角度時,為獲得正確的測量結果,必須保證讓分光計的光學系統(準直管和望遠鏡)要適合平行光。
即要求望遠鏡光軸與分光計的主軸垂直,以保證觀察面是一個平面。這也是調節步驟中難度最大的。
中學里常用的分光計一般由裝在三腳座上并在同一平面內的準直管、棱鏡臺和望遠鏡三個主要部件構成。棱鏡臺為一圓盤,可以繞中心軸轉動,其底座上刻有鑼鼓標旗。望遠鏡則和底座外圍刻有角度讀數的圓環相連,它們也可以繞中心軸旋轉。但準直管的位置固定。從光源發出的光。經準直管變為平行光,再經棱鏡色散,改變方向,用望遠鏡觀察而在圓環上讀出所偏轉的角度。望遠鏡中還裝有準絲以增加測量的精確度。
1814年,約瑟夫·馮·夫瑯和費在研究太陽暗線時改進了當時的觀察儀器,設計了由平行光管、三棱鏡和望遠鏡組成的分光計。這是第一個分光計的出現,其設計思想、基本構造原理是現代光譜儀、攝譜儀設計制造的基本依據。分光計經常用來測量光的波長、棱鏡角、棱鏡材料的折射率和色散率等。
結構原理
各種型號的分光計,其光學原理基本相同,主要部件包括望遠鏡、平行光管、載物臺(臺上安置分光用的三棱鏡或光柵)、刻度盤和游標盤、底座五大部分。
望遠鏡
望遠鏡由物鏡和天文望遠鏡目鏡組成,物鏡和目鏡之間有分劃板。分劃板緊貼一個直角三棱鏡,在棱鏡的直角面上有一個被光源照亮的小綠十字,其中心位置與分劃板刻線的上交點對稱。
平行光管
它的作用是產生平行光。管的一端裝有一個消色差的復合正透鏡,另一端是裝有狹縫的套管。
載物臺
載物臺是用來放置待測器件的。它的下方有三個螺釘,形成一個正三角,用來調節分光元件的方位。
刻度盤和游標盤
刻度圓盤的游標盤套在分光計的中心轉軸上且可繞主軸轉動。
若圓盤轉過一個角度,可以從游標讀出這個角度的數值。圓盤面有720等分線,每格值為0.5°即30′。0.5°以下則需用游標來讀數。
底座
底座的中心有沿鉛直方向的轉軸套,稱為分光計的主軸。通過使用相應的止動螺釘和微調螺釘,可以使望遠鏡、刻度盤、游標盤、載物臺等繞分光計主軸自由轉動,或作微小轉動,或固定不動。
調節技巧
在分光計調節中,難點是掌握使望遠鏡軸線與平臺轉軸垂直的方法與技巧。認真細致的粗調和“各半調節法”是實現這一調節的前提和基礎。
正確的調節方法必須先進行粗調,即一面用手來回旋轉分光計的刻度盤或平臺,使平臺上平面鏡法線方向在望遠鏡的軸線方向左右來回通過,同時用眼睛在望遠鏡附近上下來回移動,耐心地尋找,找到由平面鏡反射回的光斑,這是尋找光斑的關鍵。
找到光斑后,進一步要判斷看到的光斑在望遠鏡的上方還是下方。從而有目的地調節望遠鏡的仰角或平臺的傾斜度。
使看到光斑的眼睛與望遠鏡在同一平面上(注意在調節仰角或傾斜度時必須同時看住光斑,以免光斑“跑掉”)。
總之,先從望遠鏡外面找到光斑,然后逐步調節光斑接近望遠鏡軸線方向,最后讓光斑進入望遠鏡內,再進一步在望遠鏡內調節。
參考資料 >
分光計的調節與使用.jxzy.ustc.edu.cn.2024-02-22