分光计调节及光栅常数测量

物理实验报告课程名称:大学物理实验实验名称：分光计调节及光栅常数测量!m学院：专业班级:学生姓名：学号:实验地点：座位号:实验时间:1、了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法。2、加深对光栅分光原理的理解。3、用透射光栅测量光栅常数，光波波长。4、熟悉分光计的使用方法。二、实验原理:1.分光计(光学测角仪)光线入射到光学元件上，由于反射或折射等作用，使光线产生偏离，分光仪就是用来测量入射光与出射光之间偏离角度的一种仪器。要测定此角，必须满足两个条件：入射光与出射光均为平行光；入射光、出射光以及反射面或折射面的法线都与分光仪的刻度盘平行。为此，分光仪上装有能造成平行光的平行光管、观察平行光的望远镜及放置光学元件的载物台，它们都装有调节水平的螺钉。为了读出测量时望远镜转过的角度，配有与望远镜连接在一起的刻度盘。各部分别介绍如下：读数装置。在底座19的中央固定一中心轴，度盘22和游标盘21套在中心轴上，可以绕中心轴旋转；度盘下端有轴承支撑，使旋转轻便灵活；度盘上的刻线把360°圆周角分成720等份，每份为30’。同一直径方向两端各有一个游标读数装置，测量时，对望远镜的两个位置中每一位置都读出两个数值，然后对同侧的差值读数取平均值，这样可以消除因偏心引起的误差。⑵平行光管。立柱23固定在底座上，平行光管3安装在立柱上，平行光管的光轴位置可以通过立柱上的调节螺钉26、27分别进行左右、水平微调，平行光管有一狭缝装置1。旋松螺钉2，转动装有狭缝的内套筒使狭缝成严格的垂直状，前后移动内套筒，使狭缝严格地处在透镜焦平面上，则平行光管发出狭缝平行光。5678910112S2714】5一5678910112S2714】5一1623222]20326251918图19-1JJY型1，分光计1•狭缱；2.螺钉;3,平行光管0制动架日载物泠；6、7.螺钉E，望远镜波.螺钉；10.目镜组;11.手轮［12、13,螺钉；14.iW;15、【6、17.螺钉；18.制动架［19.底座‘20,转座；21.游标盘；2度盘；23.立柱；24.25,26,27,28.螺钉⑶望远镜。望远镜8安装在支臂14上，支臂和转座20固定在一起并套在度盘上。当松开制动螺钉16时，转座和度盘可以相对转动，当旋紧此制动螺钉，转座和度盘一起旋转。旋紧制动架18与底座上的制动螺钉17时，借助于此制动架末端上的调节螺钉15可以对望远镜进行左右转动微调。望远镜的光轴位置，可以通过螺钉12、13分别进行水平、左右微调。望远镜内部结构如图12-2所示，从目镜所见分划板视场如图4-3。旋目镜调焦手轮11,使目镜中能十分清晰地看到分划板—*匕珏务上的分划线。旋松螺钉9,转动目镜组10使~”分划线成水平状。前后移动目镜组，使分~划板处在物镜的焦平面上，则亮十字经物J+时si/图4-4衍射光栅镜发出的光为平行光，当它被反射回望远镜时，将在分划板上成清晰的亮十字像，且与实物亮十字无视差。（4）载物台。载物台5套在游标盘上，可绕中心轴旋转，旋紧载物台锁紧螺钉7和制动架4与游标盘的制动螺钉25时，借助于立柱23的调节螺钉24可以对载物台进行微调。放松载物台锁紧螺钉时，载物台可根据需要升高或降低。调到所需位置后，再把锁紧螺钉锁紧。载物台有三只调平螺钉6，可用来调节载物台面，使之与旋转主轴垂直。2、光栅光栅是由许多等宽度a（透光部分）、等间距b（不透光部分）的平行缝组成的一种分光元件。当波长为入的单色光垂直照射在光栅面上时，则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论，衍射光谱中明条级的位置由下式决定：dsin%=k入（k=0，±1，±2，…）（4-1）式中d=a+b称为光栅常数，k为光谱级，数％为第k级谱线的衍射角。见图4-4,

k=0对应于e=0，称为中央明条级，其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。a.a.C.1第二级衍射第一级衍射第一级衍射第二级衍射卜根据式（4-1）,如能测出各种波长谱线的衍射角e,则从已知波长入的大小，可以算出光栅常数山反之，已知光栅常数d,则可以算出波长入。三、实验仪器:分光计、平面透射光栅、汞灯四、实验内容和步骤:1、分光计的调节将双平面镜放置在载物台上，通过调节望远镜与载物台高度螺丝，使其在同一平面，并且通过转动双平面镜时两面的十字叉丝在目镜内于同一位置。其次是平行光管的调焦，拿走载物台上的双平面镜。打开狭缝28，用漫反射光照明狭缝，前后移动狭缝装置1,使狭缝清晰地成像在望远镜分划板平面上。然后把平行光管光轴左右调整螺钉26调到适中位置，并调节望远镜光轴左右调整螺钉13和平行光管水平调整螺钉27，使狭缝位于视场中心。最后，旋转狭缝装置，使狭缝与目镜分划板的叉丝竖线平行，然后将狭缝装置锁紧螺钉旋紧。光栅位置的调节（1）根据衍射角测量要求，光栅平面应调节到垂直于入射光（2）根据衍射角测量要求，光栅衍射面应调节到和观测面度盘一致当分光计调节完成以后，使望远镜对准平行光管，从望远镜中观察被找照亮的平行光管狭缝的像，使其和叉丝的竖直线重合，固定望远镜，放置光栅，点亮目镜叉丝照明灯（移开或关闭狭缝照明灯），左右转动载物平台，看到反射的绿十字，调节平台螺钉使绿十字和目镜中的调整叉丝重合，这是光栅面已垂直入射光测光栅常量d根据式（1），只要测出第k级光谱线中波长已知的谱线的衍射角，就可以求出d值，这里我们选择汞灯光谱中得绿线（4=546.07nm），转动望远镜到光栅的一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第2级谱线的中心，记录二游标值，移动望远镜，分别测k=±1,±2时的二游标值，同一游标的两次读数之差是衍射角的两倍，计算d值平均值五、实验数据与处理:衍射光谱级数（k）-11-22

左侧衍射光角坐标。q左143。14'124。10，152。40'113。24'右侧衍射光角坐标。"右323°4'304。2'332。35'293。15'?左=叮左一幻19°4'39。16'2匕右=叽左一匕右19。2，39。20，2勾=2七左+2七右/219。3'39。18'勾=2勾/29。31'30〃19。39'sin00.165480.33627d(nm)3299.923247.81d(nm)3273.87△，a=1nmAd=件1'i力=36.85nmbn-1Ad=Ad2+Adj=36.86nmd=3273.87±36.86nmAddr=___x100%=1.13%六、误差分析：1、光栅平面未调节到垂直入射光造成误差2、观测光谱色条较粗时没有每次都将其对准同一边读数而造成误差。3、实验仪器本身造成的误差；4、读数造成的误差。七、思考题：一、分光计是一种光学仪器，它由哪四个主要组成部分及其功能。答：分光计由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分组成。（1）平行光管用来提供平行入射光。（2）望远镜用来观察和确定光束的行进方向。（3）载物台用来放置光学元件。（4）读数装置用来测定望远镜转过的角度。二、什么叫分光计的偏心差？采用双游标读数为什么能消除偏心差？答：由于刻度盘中心与游标盘中心不一定重合，真正转过的角度同读出的角度之间会稍有差别，这个差别就叫偏心差。采用双游标同时读数，则其中一个的偏心差为正，而另一个为负，且它们的绝对值大小相等，故相互