分光计
测量角度的精密仪器
分光计,是使光按波长分散兼供光学测量的仪器。一般由准直管、棱镜台和望远镜3种主要部件构成。
术语简介
分光计是精确测定光线偏转角的仪器, 也称测角仪。
它是光学实验中常用的的实验仪器。光学中的许多基本量如波长折射率都可以直接或间接地用光线的偏转角来表示, 因而这些量都可以用分光计来测量。
分光计的基本光学结构又是许多光学仪器(如棱镜光谱仪、光栅光谱仪分光光度计、单色仪等)的基础。它在物理实验中既能够培养学生的基本实验技能,又能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,因此它是大学物理实验的必作实验。
在观察有关现象和测量角度时,为获得正确的测量结果,必须保证让分光计的光学系统(准直管和望远镜)要适合平行光。
即要求望远镜光轴与分光计的主轴垂直, 以保证观察面是一个平面。这也是调节步骤中难度最大的。
中学里常用的分光计一般由装在三脚座上并在同一平面内的准直管、棱镜台和望远镜三个主要部件构成。棱镜台为一圆盘,可以绕中心轴转动,其底座上刻有游标。望远镜则和底座外围刻有角度读数的圆环相连,它们也可以绕中心轴旋转。但准直管的位置固定。从光源发出的光。经准直管变为平行光,再经棱镜色散,改变方向,用望远镜观察而在圆环上读出所偏转的角度。望远镜中还装有准丝以增加测量的精确度。
1814年,夫琅和费在研究太阳暗线时改进了当时的观察仪器,设计了由平行光管、三棱镜和望远镜组成的分光计。这是第一个分光计的出现,其设计思想、基本构造原理是现代光谱仪、摄谱仪设计制造的基本依据。分光计经常用来测量光的波长、棱镜角、棱镜材料的折射率和色散率等。
结构原理
各种型号的分光计,其光学原理基本相同,主要部件包括望远镜、平行光管、载物台(台上安置分光用的三棱镜或光栅)、刻度盘和游标盘、底座五大部分。
望远镜
望远镜由物镜和目镜组成,物镜和目镜之间有分划板。分划板紧贴一个直角三棱镜,在棱镜的直角面上有一个被光源照亮的小绿十字,其中心位置与分划板刻线的上交点对称。
平行光管
它的作用是产生平行光。管的一端装有一个消色差的复合正透镜, 另一端是装有狭缝的套管。
载物台
载物台是用来放置待测器件的。它的下方有三个螺钉, 形成一个正三角, 用来调节分光元件的方位。
刻度盘游标盘
刻度圆盘的游标盘套在分光计的中心转轴上且可绕主轴转动。
若圆盘转过一个角度, 可以从游标读出这个角度的数值。圆盘面有720等分线, 每格值为0. 5°即30′。0. 5°以下则需用游标来读数。
底座
底座的中心有沿铅直方向的转轴套,称为分光计的主轴。通过使用相应的止动螺钉和微调螺钉,可以使望远镜、刻度盘、游标盘、载物台等绕分光计主轴自由转动,或作微小转动, 或固定不动。
调节技巧
在分光计调节中,难点是掌握使望远镜轴线与平台转轴垂直的方法与技巧。认真细致的粗调和“各半调节法”是实现这一调节的前提和基础。
正确的调节方法必须先进行粗调,即一面用手来回旋转分光计的刻度盘或平台,使平台上平面镜法线方向在望远镜的轴线方向左右来回通过,同时用眼睛在望远镜附近上下来回移动,耐心地寻找,找到由平面镜反射回的光斑,这是寻找光斑的关键。
找到光斑后,进一步要判断看到的光斑在望远镜的上方还是下方。从而有目的地调节望远镜的仰角或平台的倾斜度。
使看到光斑的眼睛与望远镜在同一平面上(注意在调节仰角或倾斜度时必须同时看住光斑,以免光斑“跑掉”)。
总之, 先从望远镜外面找到光斑,然后逐步调节光斑接近望远镜轴线方向,最后让光斑进入望远镜内,再进一步在望远镜内调节。
参考资料
最新修订时间:2024-07-22 20:56
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