分光计的调节与应用

1、分光计的调节与应用-光栅衍射法测光波波长Measurement of light wavelength using spectrometer衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件，实验中所用透射光栅是用金刚 石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙，一般每毫米 约250-600条线。【实验目的】分光计的调整与使用、衍射光栅测定光谱波长【实验原理】透射光栅光路图如图1所示，当光垂直入射， = 0,有：ds岫=瓜 k入射光图1光栅衍射图2光栅衍射光谱示意图2左61+ P 2右1右各光谱的衍射角【仪器介绍】分光计的结构示意图I6789101112图4 JJY型分

2、光计的结构示意图1-平行光管狭缝锁紧螺钉；2-平行光管狭缝装置；3-平行光管狭缝调节螺钉；4-平行光管倾 斜度调节螺钉；5-平行光管水平方向调节螺钉；6-平行光管，7-载物台锁紧螺钉；8-载物台；9- 载物台调平螺钉；10-望远镜；11-望远镜目镜锁紧螺钉；12-望远镜目镜调焦螺旋；13-小电珠； 14-望远镜倾斜度调节螺钉；15-望远镜水平方向调节螺钉（背面）；16-游标盘；17-转座水平方向 微调螺钉（背面）；18-游标；19-刻度盘；20-底座；21-转座与刻度盘锁定螺钉；22-转座；23-望远 镜止动螺钉（背面）；24-游标盘微动螺钉；25-游标盘止动螺钉图5分光计的读数盘刻度盘为3

3、34030稍多一点，游标盘上的第17格恰好与刻度盘上的刻度对齐，因此读 数为 334。30 +17 =334。47。【实验内容】粗调分光计（1）调平望远镜和平行光管，三垂直一一望远镜轴线、载物平台、平行光管轴线分别垂直 于中心转轴。（2）调焦目镜，通过目镜能清晰地看到分划板上铅直清晰的叉丝刻线和十字光标，粗调平 行光管物镜，调出清晰竖直的狭缝像。（3）载物台放上平面反射镜（放法如图6所示），观察绿十字像（注意观察狭缝像“尾巴”）， 并调节物镜使之清晰竖直。细调分光计（1）各半调节法，调节a1（a2）和螺钉14,使绿十字像调到oo线上，载物盘转过1800调节使绿十字像到oo线上；重复上述过程。图

4、6平面镜放法（2）转动平面镜900，调节a3使绿十字像到oo线上（3）平行光管细调，调节狭缝像清晰、铅直，宽度为1mm 左右。光栅的调节:与平面镜放法一样，调节光栅平面与入射光 垂直。4测量汞光谱线第一级（k=1）的衍射角:将望远镜分别位置1 和位置2,使分划板上的叉丝竖线对准该谱线，读出左、右游 标读数，记入下表，然后根据公式（2）计算它们的衍射角。然后可根据公式（1）计算各条光谱线的*测，并与公认值（P27表0-6）比较，求出 ，光栅常数d=- mm。600位置12谱线黄2黄1绿蓝紫紫紫蓝紫绿黄1黄29左9右中*公认（nm）579.07576.96546.07435.84404.66【注意

5、事项】汞灯为冷光源，关灯后要冷却方可再次点亮；另外，汞灯紫外线很强，不可直视。禁止用手触摸光栅表面。测量时，刻度盘的零刻线经过游标零刻线，需加上360再计算。二、仪器结构与调节方法分光计1台，玻璃三棱镜1块，高压汞灯1台，水平仪1只，平行平板玻璃或平面镜1 块。（一）分光计介绍分光计结构分光计常用来产生光谱，测量谱线波长，也可用来测量光学元件和机械零件的角度。其 外形结构如图17-1所示，它由平行光管、望远镜、载物平台、读数圆盘和三角底座等五 大部分组成。图17 1分光计外形图望远镜目镜 10.读数圆盘的固定螺丝望远镜筒11.读数圆盘和望远镜的连动杆载物台 12.读数圆盘和望远镜的微动螺丝（在

6、背后）叉丝（在望远镜筒内）13.狭缝宽度调节螺丝调节望远镜倾斜角的螺丝14.平行光管固定望远镜倾斜角的螺丝15.调节平行光管倾斜角的螺丝调节平台倾斜度的螺丝16.固定平行光管倾斜角的螺丝读数圆盘17.平行光管的调焦旋钮望远镜的固定螺丝（在背后）（1）平行光管.平行光管是产生平行光的装置，其结构见图17 2，它由物镜L（固定在管的一端）和狭 缝S组成，狭缝宽度可以根据需要调节。狭缝相对于L的位置可由套筒移动来调节再由螺丝 固定。当狭缝位置调至L的焦面上时，在某光源的照射下，狭缝诸点如A,B,等发出的光 经物镜折射后均为方向不同的平行光束，如用已经自准直调焦无穷远的望远镜对准平行光管 观察，这些不

7、同方向的平行光束被望远镜接收后分别会聚成相应像点，观察者看到的便是由这些像点组成的狭缝的像，甚至狭缝两边刀口的形状都清晰可辨。这时说明平行光管发出的目镜和物镜。望远镜是一种助视仪器，可将远处物体对人眼中心的张角即视角放大 很多，从而使人眼能看清远处物体的细节。望远镜的机械部件分为外管、中管和内管，彼此可以相互移动，也可用螺丝固定。望远 镜的光学部件由两块焦距不同的会聚透镜（为消除像差可用透镜组）组成，见图17 3,其中 焦距较大的一个作为物镜固定在外管端口；焦距较小的一个作为目镜固定在内管端口，令物镜和目镜组成共轴系统，并使物镜的第二焦点与目镜的第一焦点靠近。图17 3望远镜结构示意图 分划板

8、。用于测量的望远镜内都装有一块分划板被固定在中管，它是用透明材料制 的薄板，板上的叉丝是用来做定标用的标准线，在分划板的内侧边面紧贴一个带45反射 面的小折光棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留有一个绿色的小十字线孔。在中 管侧面的圆孔里，放一个小灯泡，灯光通过小棱镜从45反射面照到分划板上，贴面的涂 黑部分形成阴影，透光部分便形成一个在分划板上的绿色的十字线物。（3）载物平台.载物平台系用来放置三棱镜或光栅等被测元件的平台，它可固定在中心杆上绕通过平台 中心的铅直轴即仪器主轴转动，也可沿杆上下升降，并固定在任意高度上，平台下面有三个 螺丝，见图17 1之7,用以改变平台对铅直轴的倾斜度

9、。（4）读数圆盘.读数圆盘分内盘和外盘，两盘均刻有角度标尺，标尺一圈360,共分720格，每格0。 5,载物平台可与内盘固定而一起绕主轴转动，也可与内盘脱离；望远镜可与外盘固定而 一起绕主轴转动，也可分离单独转动。它们到底处于何种状态，将由图17-1中的9,10,11 三个螺丝控制。望远镜和载物平台的相对方位或转动的角度可由读数圆盘上读取。为提高精 度，在内盘的对称位置上装有两个角游标，相距180。游标尺上分的30格，与主尺上29 格的弧长相等，因此刻度最小读数为1。装两个游标的目的是为了消除读数圆盘刻度中心 与仪器主轴之间的偏心差，记录内、外盘的角位移时，应从两个游标尺上分别读取两个角度，

10、再取其平均值。分光计的调节（1）望远镜的成像.用望远镜观察远处物体时，物体各点发出的光通过物镜成缩小实像在焦点外侧附近，并 调至恰好落在目镜焦点内侧附近，其经目镜的放大虚像调至明视距离（约25cm）便被观察清 楚。由于视角已被放大，可以分辨像的细节。如果想对像定标，则事先调节内管，使分划板恰好位于目镜焦点内侧附近，并被观察清 楚，那么叉丝的像和物体的像均成在明视面上，这可用视差法来检验，即左右移动眼睛时， 两像没有相对移动可证明它们共面。（2）自准直法调焦至无穷远（简称调焦）.因为在观察光谱时，平行光管发出的是平行光，调节平行光时，需移动狭缝相对于物镜 的距离，何时是平行光的判断标准正是用已调

11、焦至无穷远的望远镜来看清发出平行光的狭 缝。一般均用自准直法来调焦至无穷远。自准直法的原理是镜筒内设一发光物，它发出的光从物镜折射至镜外，倘若有一平面镜 恰与光轴垂直，则将这束光反射回到物镜又折射入望远镜筒内成像。只有物发出的是平行光 时，平面镜反射回来的才是平行光，也才能成与物等大小并处于对称位置的像。因此，我们 接通中管侧面圆孔里小灯泡的电源，使绿色十字线物发光，调节中管（调焦）使分划板恰落在 物镜的焦面上，则十字线物发出平行光，它遇到平面镜反射回镜筒内，成的十字线像便会呈 现在十字线物的对称位置上。如图17-4所示，十字线物在竖直叉丝上偏下，十字线像在 竖直叉丝上偏上。这时望远镜便处于看

12、清了物从“无穷远”外发出平行光成清晰像的状态， 也就是已调焦至无穷远。本实验采用放在载物平台上的带平面底座的平面镜做自准直调焦的 反射平面镜。自准直调焦技术性很强，主要困难在于不停地调节中管的同时，还要调节平台 的三个螺丝，改变反射镜的倾斜度，使其被调节至与望远镜光轴垂直，否则它会将从望远镜 筒射出来的平行光反射到筒外，这时，无论怎样调节中管在望远镜内也找不到十字像。图17-4自准调焦的像为给初学者减小困难，实验室备有一片粗质平面镜，可将其贴在望远镜外端口，调节中 管（调焦）一般均能在视野里出现十字线像。因为端口和反射面均不是严格的光学表面，所以 像的位置很可能与物不对称，但能看清楚“无穷远”

13、处物的像，这已为自准直调焦带来了方 便。自准直法调焦具体过程分为两步： 置平面镜于载物台之前，先用肉眼观察，调节各可调部分处于适中状态，比如望远 镜处于可上下倾斜的中间状态，调载物台上的三个螺丝大致等高，保持平台基本水平，如果 想确定平台水平也可采用水平仪调节。用水平仪调节三点面时，如图17-5置法可快速完 成，先置水平仪于A状态，调节b，c两点等高，然后置水平仪于B状态，只调节a 一点， 便可使a与b，c等高。置平面镜于载物平台中部，并与任意两个调节螺丝连线平行。旋转平台使其反射面 与望远镜筒大致垂直，用肉眼沿望远镜外边缘向反射面望去，微旋平台和望远镜倾斜度直至 在反射面上看到亮的光斑，以后

14、再通过望远镜去观察，调节中管，并仍需极小心的微旋上述 部件便可找到十字线反射像，见到像之后，再继续调节直至它成在物的对称位置，自准直调 焦便告成功。调望远镜光轴与载物平台转轴（仪器主轴）垂直。为了测三棱镜顶角或观察光谱，均要求望远镜光轴与仪器主轴垂直，并且要求棱镜的两 个光学面与仪器主轴平行。在将三棱镜替换下平面镜时，为后面调节方便应将三个顶点与载 物台的三个调节螺丝对应。望远镜虽已用平面镜自准调焦，也只能较容易地调节与三棱镜一 个光学侧面垂直，而若旋转望远镜至另一光学侧面观察时却未必能找到反射像，这说明望远 镜光轴与棱镜另一光学侧面并不垂直。为此，必须用调节第一个光学面的同样方法再来调节 第

15、二个光学面。但是，不难想象，在调第二个面时，各部件的移动和状态的改变必然又破坏 了望远镜与第一个面的垂直状态。往往是找到一个面的十字线反射像，又丢了另一个面的十 字线反射像。所以应该在调另一反射面之前，将已找到的十字线反射像调至视野中心而不要 一次到位，在调节另一反射面时，不时地转回来观察像的位置，监视像不要在视野内消失， 一旦两个像均已出现，在对各像细调到位时，可先调至一半位置留一半做调节余地，然后再 分别逐步逼近，直至两个面均调至反射像到位。这种逐步逼近的方法在其他调节中也常使用， 称半调法。若反复调节、观察，至两个面的反射像均与物对称，则说明望远镜与载物平台转 轴已经垂直，且棱镜的两透光面也与仪器主轴平行。最困难的调节已告完成。（二）汞灯汞灯发射的光谱是一些分离的谱线，由