2024年大学物理实验分光计实验报告

分光计法测光栅常数分光计的调整及光栅常数的测定分光计又称光學测角仪，是一种分光测角光學试验仪器。它常用来测量折射率、色散率、光波波長、光栅常数和观测光谱等。分光计是一种具有代表性的基本光學仪器，學好分光计的调整和使用，可為此後使用其他精密光學仪器打下良好基础。分光计的调整【试验目的】理解分光计的构造和基本原理，學习调整和使用措施。【分光计的构造和原理】分光计重要由五個部分构成：底座、平行光管、自准直望遠镜、载物台和讀数装置。不一样型号分光计的光學原理基本相似。JJY型分光计如图3-7-1112357648916101218(back)17111514131920212223图3-7-1JJY型分光计1．狭缝装置2．狭缝装置锁紧螺钉3．平行光管4．元件夹5．望遠镜6．目镜锁紧螺钉7．阿贝式自准直目镜8．狭缝宽度调整旋钮9．平行光管光轴高下调整螺钉10．平行光管光轴水平调整螺钉11．游標盘止動螺钉12．游標盘微调螺钉13．载物台调平螺钉（3只）14．度盘15．游標盘16．度盘止動螺钉17．底座18．望遠镜止動螺钉19．载物台止動螺钉20．望遠镜微调螺钉21．望遠镜光轴水平调整螺钉22．望遠镜光轴高下调整螺钉23．目镜视度调整手轮1．底座分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望遠镜、度盘和游標盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。2．平行光管平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。平行光管由狭缝和透镜构成，如图3-7-2。狭缝宽度可调（范围0.02~2mm图3-7-2平行光管3．自准直望遠镜阿贝式自准直望遠镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。它用来观测和确定光线行進方向。自准直望遠镜由物镜、目镜、分划板等构成（如图3-7-3），三者间距可调。其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45º全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一种“拾”形透光的窗口，當小電珠光從管侧經另一直角面入射到棱镜上，即照亮“拾”字窗口。调整目镜，使目镜视場中出現清晰的“”形叉丝。在物镜前方放置一平面镜，然後调整物镜，使分划板位于物境焦平面上，那么從棱镜“拾”字口发出的绿光經物镜後成為平行光射向前方平面境，其反射光又經物镜成像于分划板上。這時，從目镜中可以看到清晰的“”形叉丝和绿色“拾”字像。此時望遠镜已调焦至無穷遠，适合观测平行光了。假如平面境的法线与望遠镜光轴方向一致，则绿色“拾”字像位于分划板“”形叉丝的上横线上，如图图3-7-31．平面镜2．物镜3．分化板4．小電珠5．小棱镜6．目镜

7．目镜视場8．绿拾字反射镜4．载物台载物台套装在游標盘上，可以绕中心轴转動，它用来放置光學元件。载物台的高下、水平状态可调。5．讀数装置讀数装置由度盘和游標盘构成。度盘圆周被分為720份，分度值為30′，30′如下需用游標来讀数。游標盘采用相隔180º的双窗口讀数；游標上的30格与度盘上的29格角度相等，故游標的最小分度值為1′，图3-7-4所示的位置应讀作113º45′图3-7-4角游標的讀法采用双游標讀数，是為了消除度盘中心与仪器中心轴不重叠而引起的偏心差。测量時记录下两個窗口讀数然後取平均值即可。如图3-7-5所示，當度盘中心O′与分光计中心轴O不重叠時，转過角度所對应游標数和PQ均不等于OO′重叠時转過角所對应對的讀数和，但根据平面几何知识很轻易证明：，采用双游標可使偏心差得以消除。图3-7-5【试验环节】在進行分光计的调整前，首先应明确對分光计的调整规定：①望遠镜适合观测平行光，或称望遠镜聚焦于無穷遠；②平行光管能发射平行光；③望遠镜和平行光管的光轴均与分光计中心轴正交。然後對照仪器熟悉构造和各调整螺钉的作用。一、目测粗调用眼睛直接观测，调整望遠镜和平行光管的光轴高下调整螺钉（22和9），使两者的光轴尽量呈水平状态；调整载物台下三只调平螺钉13，使载物台呈水平状态。粗调完毕得好，可以減少背面细调的盲目性，使试验顺利進行。二、细调1．调整望遠镜合适观测平行光（1）目镜的调焦。调整目镜视度调整手轮23，使视場中能看到分划板上清晰的“”形叉丝像。（2）接通望遠镜灯源，把平面镜按图3-7-6所示位置放在载物台上，缓慢转動载物台，從望遠图3-7-6平台镜在载物台上的位置（3）望遠镜的调焦。松開目镜锁紧螺钉6，前後移動目镜筒，當光斑变為清晰的绿“拾”字像，并且与分划板“”形叉丝忽视差時，望遠镜已调焦至無穷遠，适合观测平行光了。2．调整望遠镜光轴垂直于分光计中心轴转動载物台180º，观测视場中有無绿“拾”字像，若没有则应合适调整载物台水平和望遠镜光轴的高下，直至任意转動载物台180º均能在望遠镜中看到經平面镜正、反两面反射的绿“拾從前面分光计的调整原理懂得，當望遠镜光轴垂直于分光计中心轴時，經平面镜正、反两面反射的“拾”字像均应重叠在分划板“”叉丝的上的横丝上（如图3-7-7所示）。在一般状况下，视場中看到两面绿“拾”字像并不重叠，需要继续仔细配合调整载物台和望遠镜。可先调载物台调平螺钉（a2或a3）使绿“拾”字像到“”形叉丝上横丝距离減少二分之一；再调望遠镜光轴的俯仰调整螺钉使绿“拾”字像与上横丝重叠。然後转動载物台180º，反复上面调整环节，反复几次即可调好。此後望遠镜光轴高下调整螺钉不可再動。图3-7-73．调整载物平台法线与分光计中心轴平行将平面镜相對载物台转動90º，然後转動载物台90º，调平台调平螺钉a1使平面镜反射的绿“拾”字像与“”形叉丝上横形重叠。4．调整平行光管能发射平行光关闭望遠镜灯源，點燃光源使光照亮平行光管狭缝。用已调好的望遠镜對准平行光管观测，松開狭缝装置锁紧螺钉2，前後移動狭缝套筒，使望遠镜中看到清晰的狭缝像，并且与叉丝忽视差，此時平行光管发出平行光；调整狭缝宽度调整手轮8，從望遠镜中观测到缝宽约1mm左右。5．调整平行光管光轴垂直于分光计中心轴松開狭缝装置锁紧螺钉2，转動狭缝成水平状态，调整平行光管光轴高下调整螺钉9，使望遠镜中看到狭缝像的缝宽被分划板中央横丝上下平分（如图3-7-8所示），再转動狭缝90º成竖直状态，狭缝被中央横丝上下平分。此時，平行光管光图3-7-8光栅常数的测定衍射光栅是由大量平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成，常分為透射光栅和反射光栅，是一种精密的分光元件。【试验目的】（1）观测光栅衍射現象，理解光栅衍射基本规律。（2）學會用分光计测光栅常数。【试验原理】设透射光栅的缝宽為，不透光部分宽度為，称為光栅常数。當單色平行光垂直入射到衍射光栅上，通過每個缝的光都将发生衍射，不一样缝的光彼此干涉，當衍射角满足光栅方程（3-7-1）時，光波加强，产生主极大。若在光栅後加一會聚透镜，则在其焦平面上形成分隔開的對称分布的细锐明条纹（見图*-9）。（a）（b）1．光栅 2．透镜 3．光强分布图光栅衍射条纹图3-7-9在式（3-7-1）中，為單色光波長，是明条纹级数。假如光源是包具有不一样波長光波的复色光，經光栅衍射後，對不一样波長的光，除零级外，由于同一级主极大有不一样的衍射角，因此在零级主极大两边出現對称分布、按波長次序排列的谱线，称為光栅光谱。根据光栅方程，若以已知波長的單色平行光垂直入射，只要测出對应级次条纹的衍射角，即可求出光栅常数d。同样，若d已知，即可求得入射光波長。【试验仪器】分光计（JJY型），衍射光栅，光源（钠光灯）【试验内容】（1）按练习一的规定调整好分光计。（2）将衍射光栅放在载物台上（按图3-7-6（3）调整光栅平面与望遠镜光轴垂直。接通望遠镜灯源，仔细观测被光栅平面反射的“拾”字像，调整载物台调平螺钉或，使“拾”字像与分划板“”形叉形上横丝重叠。（4）调整光栅的刻痕线平行于分光计中心轴。转動望遠镜，观测衍射条纹，仔细调整载物台调平螺钉a1，使视場中見到的各级亮纹都被分化板中央横丝上下等分。（5）测量衍射角（本试验中测量左右级条纹的夹角即2），固定游標盘和载物台，推進支臂使望遠镜和度盘一起转動，将望遠镜分划板竖直线移至左边第三级条纹外，然後向右推進支臂使分划板竖直线靠近第三级明纹的左边缘（或右边缘），运用望遠镜微调螺钉（20）使条纹边缘与分划板竖线严格對准，记录此時游標盘左、右窗讀数和，继续向右移動望遠镜依次记录左边第二级、第一级明纹讀数和以及右边一、二、三级明纹讀数和，各级条纹都以對准左边缘（或右边缘）時讀数。【数据处理】（1）按下式计算第级衍射角：（2）按式（3-7-1）计算：（3）计算光栅常数d的原则不确定度：简化处理，以時的近似表达。衍射角测量的仪器误差限：弧度，忽视的不确定度 d1的扩展不确定度 （4）写出成果体現式： 谱线(内测线=588.996nm（外侧线）=589.593nm级K1212游標標识左游標右游標左游標右游標左游標右游標左游標右游標右侧明纹244°12'64°00'218°50'38°46'244°11'64°02'218°46'38°41'左侧明纹285°39'105°08'309°15