【实验内容与步骤】
1.调整分光计
(1)分光计的调整任务。
1)望远镜能够接收平行光(或调焦到无穷远处)。
2)望远镜的主光轴垂直于分光计的中心轴(分光计的主轴)。
3)平行光管能够产生平行光。
4)平行光管主光轴与分光计中心轴垂直。
(2)分光计的调整步骤。
1)熟悉分光计结构。对照分光计的结构图和实物,熟悉分光计各部分的具体结构及其调整和使用方法。
2)粗调(目测判断)。为了便于调节望远镜光轴和平行光管光轴与分光计中心轴严格垂直,可先用目视法进行粗调,使望远镜、平行光管和载物台面大致垂直于中心轴。具体方法为:凭眼睛观察,调节望远镜倾斜度调节螺丝与平行光管倾斜度调节螺丝。使望远镜与平行光管的主光轴大致同轴,再调节载物台三个水平调节螺丝,使载物台的法线方向大致与望远镜和平行光管的轴心垂直。目测是细调的前提,也是分光计能否被顺利调到可测量状态的保证。
3)细调。
a.调整望远镜适合观察平行光。点亮望远镜上的照明小灯,调节望远镜的目镜,使视场中能清晰地看到“‡”形叉丝。
将双面平面镜(简称平面镜或双面镜)放在载物台上(参照图2-77放置),图2-77中a、b和c是载物台下面的三个水平调节螺丝。轻缓地转动载物台,从望远镜中能看到双面镜反射回来的“十”字光斑。如果找不到“十”字光斑,说明粗调没有达到要求,应重新进行粗调。
在找到“十”字光斑反射回来的像后,调节望远镜中的叉丝套筒,即改变叉丝与物镜间的距离,使在望远镜中能十分清晰地看到“十”字光斑的像,并使“十”字光斑的像与“‡”形叉丝无视差。这样,望远镜就可以适合接收平行光了。
b.调节望远镜主光轴垂直于分光计的中心轴。当平面镜法线与望远镜主光轴平行时,亮“十”字光斑的反射像与“‡”形叉丝的上交点重合(图2-78)。旋转载物台180°之后也能完全重合(载物台旋转180°的目的是使平面镜旋转180°,但注意只能旋转载物台,不能去直接旋转平面镜,为什么?请思考),则说明望远镜的主光轴已垂直于分光计的主轴了。

图2-77 载物台

图2-78 分划板
但在一般情况下,“十”字光斑与“‡”形叉丝的上交点不重合,或在“‡”上交点上面,或在“‡”交点的下面,载物台旋转180°后,“十”字光斑像会上下翻动。这说明小平台的法线方向与望远镜和平行光管的主光轴不严格垂直,必须细调才能实现。在调节时先要在望远镜上看到“十”字光斑,旋转载物台180°也能看到“十”字光斑(如果发现一面有光斑,另一面没有光斑,说明粗调没有达到要求,需要重新粗调),然后采用渐近法(或“各半调节法”)调节较为方便。
采用“各半调节法”。如图2-79所示,图2-79(a)中光斑在上交线下方并有一个距离h,调节图2-77(a)所示载物台调节螺丝b或c将光斑上抬h/2距离,再用望远镜倾斜度调节螺丝把光斑上抬h/2距离。旋转载物台180°后处于图2-79(b)图的位置,同样使用载物调节螺丝c或b往下调h'/2,再用望远镜倾斜度调节螺丝往下调h'/2。这样反复旋转载物台180°几次,采用“各半调节法”,使光斑最终处于图2-79(c)的位置。
转动双面镜90°,如图2-77(b)所示,注意调节螺丝b、c及望远镜倾斜度调节螺丝不能再动了,否则前功尽弃。调节螺丝a,使光斑最终处于图2-79(c)的位置。

图2-79 调节望远镜主光轴
c.调节平行光管产生平行光并调节平行光管的主光轴垂直于分光计中心轴。用前面已调整好的望远镜来调节平行光管。如果平行光管出射平行光,则狭缝成像在望远物镜的焦平面上,望远镜中就能清楚地看到狭缝像,并与叉丝无视差;然后再进一步调节平行光管,使其主光轴垂直于分光计主轴。调整方法如下:
(a)目测。用眼睛目测,调节平行光管倾斜度调节螺丝,使平行光管主光轴大致与望远镜主光轴同轴。
(b)拧松狭缝套筒制动螺丝,调节狭缝和透镜间的距离,使狭缝位于透镜的焦平面上,这时从望远镜中看到狭缝像的边缘十分清晰,而不模糊。并要求狭缝与“‡”形叉丝无视差。这时平行光管发出的是平行光,再调狭缝宽度调节螺丝使狭缝宽度约1mm 宽。这样,平行光管就出射平行光。
(c)调节平行光主光轴与分光计主轴垂直。仍然用已垂直于分光计主轴的望远镜去观察,转动狭缝所在的套筒,使狭缝水平朝上放置,调节平行光管倾斜度调节螺丝,使狭缝的像与“‡”形叉丝的中心线重合;转动狭缝所在套筒180°,使狭缝水平朝下放置,同样调节平行光管倾斜度调节螺丝,再使狭缝的像与“‡”形叉丝的中心线重合。这样反复调节几次,使狭缝最终与“‡”形叉丝的中心线重合。
2.最小偏向角法测三棱镜玻璃折射率
(1)把三棱镜放在调整好的分光计上,AB 和AC 为光学面,BC 为毛玻璃面(底面),让平行光入射到三棱镜AB 面上(图2-80),转动望远镜,在AC 面靠近BC 面(底面)的某一方向能找到出射光,即狭缝的像。
注意:放置三棱镜必须轻轻地放,不能破坏调整好分光计和损坏三棱镜。

图2-80 最小偏向角测量示意图
(2)确定截止线位置。先将小平台连同所载三棱镜稍稍转动,改变入射光对光学面AB的入射角i,出射光方向R 随之而变。与此同时偏向角发生变化,如图2-80所示。这时,从望远镜中看到的狭缝像也随之移动(望远镜要同步跟踪),注意此时偏向角是增大还是减小,然后转动平台使狭缝像向偏向角减小的方向移动。当棱镜转到某个位置时,像不再移动(即R0位置)。继续使棱镜沿原方向转动,狭缝像反而向相反方向移动,即偏向角反而增大。这个转折位置就是最小偏向角位置,也称为截止位置。
转动望远镜,使望远镜“‡”形叉丝的竖线与狭缝重合并读出此时左右两读数窗的角度位置,此位置就是截止光所在位置。移去三棱镜,使望远镜“‡”的竖线与直接透射的狭缝像重合,再读出左右两窗口的透射线的角度位置,此位置就是入射光所在位置。上述两角位置相减就是要测的最小偏向角的值。
重复上述过程并测量四次。