实验预习报告
一、实验名称
分光计的调节与使用（三棱镜顶角与折射率测量）
二、实验目的
掌握分光计的调节原理与方法。
用自准直法测量三棱镜顶角。
用最小偏向角法测量三棱镜折射率（汞灯绿光）。
三、实验原理
1.分光计结构与光路
组成：平行光管（产生平行光）、望远镜（自准直）、载物台（放置棱镜）、读数盘（游标精度1'）。
光路原理：
光源 → 平行光管（狭缝位于透镜焦平面）→ 平行光 → 三棱镜 → 折射光 → 望远镜接收
2.自准直法测顶角
原理：当望远镜光轴垂直棱镜光学面时，反射十字像与分划板上横线重合。（图1）
公式：
α=180∘−ϕ,ϕ=12(|T2−T1|+|T′2−T′1|)
（T1,T′1和 T2,T′2′为两光学面法线方位角读数）
最小偏向角法测折射率
最小偏向角 δmin：入射角=出射角时偏向角最小。（图2）
折射率公式：
n=sin[(α+δmin)/2]/[sinα/2]
四、实验仪器
分光计（含游标盘、望远镜、平行光管）
汞灯光源（特征波长：绿光546.07 nm）
三棱镜（顶角≈60°）
平面镜（自准直法调望远镜）
五、预习问题
分光计调节核心要求：
望远镜聚焦无穷远（清晰接收平行光）
望远镜光轴⊥仪器主轴（自准直法实现）
平行光管光轴⊥仪器主轴（与望远镜等高）
最小偏向角判定方法：
转动载物台观察光谱移动，在折返点（光谱反向移动临界位置）锁定 δminδmin。
实验报告
一、实验数据记录与处理
1. 自准直法测三棱镜顶角（6次测量）
次数: T1/° ,T′1/ ° ,T2/°,T′2 /° , ϕ /°,α /°
1, 120.5, 300.7 ,240.3, 60.1, 119.8, 60.2
2 ... ... ... ... ... ...
计算：
α平均=1/6 *∑αi=60.1°
误差 uα=√[((∂α/∂ϕ) * uϕ)^2]=uϕ（uϕ=2′=0.033°)
结果：α=(60.10±0.03^\circ)
2. 最小偏向角法测折射率（绿光，3次测量）
次数: T5（出射角）, T′5,T6T6（入射角）, T′6,,δmin,n
1 ,185.2 ,5.4 ,125.3 ,305.5 ,59.9 ,1.652
2 ... ... ... ... ... ...
计算：
δmin平均=59.9°
折射率 n=sin0.5*(60.1°+59.9°) / sin(60.1°/2)=1.652
结果：n=1.652（不要求不确定度）
二、实验操作关键步骤
1.分光计调节
粗调：目镜看清分划板刻线；载物台/望远镜俯仰螺丝调水平。
细调：
望远镜聚焦无穷远（看清反射十字像）。
减半逼近法调光轴垂直（先调望远镜螺丝移像1/2偏差，再调载物台螺丝移剩余1/2）。
2.最小偏向角测量
三棱镜顶角对准平行光管（毛面朝上）。
转动载物台观察绿光谱线，锁定折返点后固定游标盘。
严禁错误操作：勿将光谱移出视场当作最小偏向角！
三、误差分析
1.系统误差：
*偏心差：通过双游标读数消除（公式中取平均）。
*仪器未调平：望远镜光轴与主轴不严格垂直（需严格减半逼近法）。
2.随机误差：
*游标读数误差（Δθ=1′）。
*最小偏向角定位偏差（多次测量降低影响）。
四、思考题解答
分光计用途：精确测量光线偏转角（如折射率、光波波长）。
自准直原理：焦平面光源→透镜→平行光→平面镜反射→原路成像→判断光轴垂直。
最小偏向角物理意义：光线对称通过棱镜时路径最短，折射率测量最精确。
五、注意事项总结
光学面严禁触碰（手持棱镜毛面）！
转动部件前松开制动螺丝（游标盘、望远镜）。
汞灯关闭后需冷却5分钟再移动。
附：原理图示
图1 自准直法测顶角：

图2 最小偏向角光路：