分光镜测三棱镜顶角实验报告

实验名称： 用分光镜测三棱镜顶角

一、 实验目的

采用自准法测量三棱镜的顶角。

二、 实验器材

1、分光计

（1）望远镜 （2）载物台 （3）平行光管 （4）读数装臵 （5）底座

2、双面反射镜 3、三棱镜

三、 实验原理

图1是自准法测量三棱镜顶角的示意图，图中所示三棱镜是横截面为等边三角形的柱体。AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角A称为三棱角的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱角的底面。

实验中利用望远镜自身产生平行光，固定载物台（或固定望远镜），转动望远镜光

轴（或转动载物台），先使棱镜AB面反射的十字像落在分划板上双十字叉丝上部的交点上（即望远镜光轴与三棱镜AB垂直），记下刻度盘对称游标的方位角读数?I和?I?。然后再转动望远镜（或载物台）使AC面反射的十字像与双十字叉丝的上交点重合（即望远镜光轴与AC面垂直），记下读数???和????（注意??与???分别为同一游标窗口上读得的望远镜在位臵I和位臵II的方位角，而和则为另一游标窗口上读得的方位角），两次读数相减即得顶角A的补角?。

??则三棱镜的顶角

11??????????????? ??1??2?????????22???1 A?180????180?????????????????????

???2???四、 实验步骤

（一）分光计的调节

为了精确测量角度，必须使待测角平面平行于读数盘平面，所以测量前须对分光计进行调节。调节分光计的要求是： （1） 平行光管出射平行光；

（2） 望远镜接收平行光（即望远镜聚焦于无穷远）；

（3） 经过光学元件的光线构成的平面应与仪器的中心转轴垂直，即平行光管和

望远镜的光轴与分光计的中心转轴垂直，载物台中轴线与中心转轴重合。 调节前，应对照实物和图1的结构熟悉仪器，了解各个调节螺钉的作用。调节时要先粗调再细调。 1、目测粗调

根据眼睛的粗略估计，调节望远镜和平行光管上的高低调节螺钉14和29，使它们的光轴大致与中心转轴垂直；调节载物台下的三个水平调节螺钉，使其大致处于水平状态。粗调是细调的前提，也是细调成功的保证。 2、细调

采用自准调整法进行细调，这是以在物面上成一个与物对称的像为依据来调整光路的方法，也是光学实验中常用的一个方法。具体调整方法是：

（1） 接上电源，打开开光，调节目镜，直到能够清楚地看到分划板上的双十字

叉丝为止。旋转目镜装臵11，使分划板刻线水平或垂直。 （2） 将双面反射镜放臵在载物台上（下图）。这

样放臵的优点是：若要调节反射镜的俯仰，只需要调节载物台下的螺钉2或3即可，而螺钉1的调节与反射镜的俯仰无关。转动载物台，使反射镜的一个反射面正对望远镜，再轻缓地左右转动载物台，通过望远镜观察，找到由反射镜面反射回来的光斑（模糊的绿色亮十字）。如果看不到，这说明从望

远镜出射的光没有被平面镜反射回到望远镜中，粗调未达到要求，应重新粗调。

（3） 放松目镜锁紧螺钉10，前后拉动目镜套筒，调节分划板与物镜之间距离

（调节物镜的焦距），使模糊的绿色亮十字清晰。注意使叉丝与亮十字的反射像之间无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。如果没有视差，说明望远镜已聚焦于无穷远。

（4） 调节望远镜光轴和分光计中心转轴垂直。如果望远镜的光轴与反射镜的镜

面垂直，则反射的绿十字像与分划板上的双十字叉丝的上十字叉丝重合，如下图c的目镜视场所示。当反射镜两面反射的绿十字像都能与上十字叉丝重合，则说明望远镜的光轴和分光计的中心转轴垂直。但是在一般情况下，开始时两者并不重合，需仔细调节。

①经过细调步骤（3）的操作，在望远镜中已经找到了一个反射面反射的绿十 字像如下图a所示，然后使反射镜跟随载物台和游标盘绕转轴转过180?，从 望远镜中找到另一面反射的绿十字像。若找不到，说明该反射面反射的绿十 字像光线没有静茹望远镜内，此时，可以在望远镜外用亚宁直接向平面镜观 察，找到绿十字像，适当地调节望远镜光轴高低调节螺钉14和载物台条屏 螺钉7（3个中的2或3），直至双面反射镜的两个面都能从望远镜中看到绿 十字像。

②采用1/2渐进调节法调节绿十字像与分划板上部十字叉丝重合，先调节望 远镜光轴高低调节螺钉使绿十字像与上部十字叉丝的间距减少1/2，如下图 b所示，再调节载物台调平螺钉使像与上部十字叉丝重合。然后将载物台旋 转180?，用同样的方法调节另一面。这样反复调节级次即可调节成功，此时， 无需任何调节，反射镜两面的像均与上部十字叉丝重合，即望远镜光轴与分 光计中心转轴垂直。调好之后望远镜光后高低调节螺钉14不能再动。

（二）采用自准法测量三棱镜的顶角

1、调节三棱镜的主截面与分光计中心转轴垂直

三棱镜的两个底面一般不是主截面，即使是主截面，而载物台面也不一定与分光计中心转轴垂直，因此在测量之前，必须调节三棱镜的主截面与分光计中心转轴垂直，可以证明，此时三棱镜的两个光学面的法线与中心转轴垂直。由于望远镜光轴和中心转轴已经垂直，因此只需调节三棱镜光学面与望远镜光轴垂直即可。

取下双面反射镜，将三棱镜按图放在载物台上，使三

个面分别与载物台调平螺钉的连线垂直。此时，当调节螺钉2时，只改变AB光学面法线的方向而不影响AC光学面，同理，当调节螺钉3时，只改变AC法线的方向而不影响AB面。

转动载物台，在望远镜中找到AB面反射回来的绿十字像，调节螺钉2，使绿十字像与上部十字叉丝重合。然后找到AC面反射回来的绿十字像，调节螺钉3，使绿十字像与上部十字叉丝重合。重复上述步骤几次，直到两个光学面反射的绿十字像均与上部十字叉丝重合，说明此时三棱镜的主截面与分光计的中心转轴已经垂直。

2.测量三棱镜顶角A

如自准法测量三棱镜顶角的示意图所示，转动载物台使棱镜BC面对着平行光管 后锁紧载物台。转动望远镜对准AC面，时反射回来的绿十字像与上部十字叉丝 重合，固定望远镜（位臵I），从左、右游标窗口读数??、??'，填入表格。再转动 望远镜对准AB面，时绿十字像与上部十字叉丝重合，固定望远镜（位臵II），

'从左、 右窗口读数???、???，填入表格。

五、 实验数据记录

序号 望远镜位臵I 左游标窗口?? 1 2 3 4 5 6 望远镜位臵II 右游标窗口??' 左游标窗口??? '左游标窗口???

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