实验报告分光计

1、实验四分光计得调整及光栅常数得测定分光计作为基本得光学仪器之一, 它就是精确测定光线偏转角得仪器, 也称之为测角仪。光学中很多基本量(如反射角、折射角、衍射角等)都可以由它直接测量。因此，可以应用它测定物质得有关常数(如折射率、光栅常数、光波波长等), 或研究物质得光学特性(如光谱分析) 。应用分光计必须经过一系列仔细得调整，才能得到准确得结果。因此, 在学习使用过程中 , 要做到严谨、细致 , 才能正确掌握。【实验目得】。了解分光计构造得基本原理。2学习分光计得调整技术 , 掌握分光计得正确使用方法 . 。利用分光计测定光栅常数。【实验原理】1分光计光线入射到光学元件上, 由于反射或折射等作

2、用, 使光线产生偏离，分光计就就是用来测量入射光与出射光之间偏离角度得一种仪器。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得法线都与分光计得刻度盘平行.为此 , 分光计上装有能造成平行光得平行光管、观察平行光得望远镜及放置光学元件得载物台 , 它们都装有调节水平得螺钉。为了读出测量时望远镜转过得角度, 配有与望远镜连接在一起得刻度盘，如图4 1所示。各部分别介绍如下： 读数装置。在底座9得中央固定一中心轴, 度盘与游标盘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; 度盘上得刻线把360圆周角分成720 等份，每

3、份为 30。同一直径方向两端各有一个游标读数装置, 测量时 , 对望远镜得两个位置中每一位置都读出两个数值, 然后对同侧得差值读数取平均值, 这样可以消除因偏心引起得误差（见本实验参考资料) 。 平行光管。立柱2 固定在底座上，平行光管安装在立柱上, 平行光管得光轴位置可以通过立柱上得调节螺钉26 、 7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 ,转动装有狭缝得内套筒使狭缝成严格得垂直状，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。狭缝得宽度可在0、02 2 、0 mm 内由螺钉 28 调节，一般在教师指导下调节.分划线十字叉丝图- 图4-1 J

4、JY 型 1分光计图 4 3 分划板视望远镜结构场 望远镜。阿贝自准直望远镜 8安装在支臂上, 支臂与转座 20 固定在一起并套在度盘上。当松开制动螺钉16 时，转座与度盘可以相对转动，当旋紧此制动螺钉, 转座与度盘一起旋转 . 旋紧制动架 18 与底座上得制动螺钉17 时，借助于此制动架末端上得调节螺钉可以对望远镜进行左右转动微调. 望远镜得光轴位置, 可以通过螺钉12 、 1分别进行水平、左右微调 .阿贝自准直望远镜内部结构如图12 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瞧到分划板上得分划线. 旋松螺钉 9 ，转动目镜组0 使分划线成水平状。

5、前后移动目镜组，使分划板处在物镜得焦平面上, 则亮十字经物镜发出得光为平行光，当它被反射回望远镜时，将在分划板上成清晰得亮十字像, 且与实物亮十字无视差。 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 与制动架 4 与游标盘得制动螺钉5时 , 借助于立柱得调节螺钉 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。照明 . 外接 6 、3V 电源，插头插图 4-4衍射光栅在底座得插座上， 经导电环通到转座得插座上,望远镜系统得照

6、明器插头与之相接, 这样可以避免望远镜系统旋转时电线拖动。光栅光栅就是由许多等宽度a（透光部分） 、等间距 b( 不透光部分 )得平行缝组成得一种分光元件。当波长为 得单色光垂直照射在光栅面上时，则透过各狭缝得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得明条纹。根据夫琅与费衍射理论 , 衍射光谱中明条纹得位置由下式决定：(a+ ） sin k =k （ k=0, 1,2, ）(4-1)式中 a+ =d 称为光栅常数，k为光谱级数，k 为第 k级谱线得衍射角。见图4 4 ， k= 对应于 =0 ，称为中央明条纹, 其它级数得谱线对称分布在零级谱线得两侧

7、。如果入射光不就是单色光 , 则由式 (4-1 ）可知， 不同 , k 也各不相同，于就是将复色光分解。而在中央 k 0, k =0 处，各色光仍然重叠在一起，组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布 k=1 ， , 级光谱线 , 各级谱线都按波长由小到大，依次排列成一组彩色谱线, 如图 5 所示。根据式（ -1) ，如能测出各种波长谱线得衍射角 k ，则从已知波长 得大小，可以算出光栅常数 d ；反之 , 已知光栅常数 d, 则可以算出波长 【实验仪器】分光计 , 钠光灯，双平面镜，光栅。【注意事项】1. 移动望远镜时，只能推动立柱 1 , 不允许搬动镜筒及目镜。2。取放双面镜及光栅时只能

8、拿边缘， 不许触摸表面，且严防失手摔碎; 不许擦拭光栅 . . 狭缝宽度要在教师指导下缓慢调节。【实验步骤】1 。首先 , 检查仪器及用具就是否齐全、 完好 , 然后将钠灯电源插头插于墙上, 打开钠光灯预热。打开6V变压器开关。2 。目镜得调焦: 转动接目镜调焦手轮11 直至视场中分划线清晰。图 4-5光栅衍射谱。望远镜调焦 : 取出双平面镜 , 扣在望远镜得前端 , 即使平面镜平面与望远镜光轴垂直 . 从目镜中观察 , 可以瞧到一亮斑，旋松螺钉 9, 前后微动目镜组 , 对望远镜进行调焦 , 使亮斑成为清晰得十字像 , 旋紧螺钉9 。4。调整望远镜光轴、载物台平面垂直于旋转主轴: 粗调 :

9、调节载物台 a 、b 、 c三只螺钉使两圆盘夹缝处螺钉螺纹数大致相等（个螺纹数最佳）; 调节目镜下方螺钉12 使望远镜大致水平。 细调：把双平面镜按图所示方位放置于载物台上，左手使灰台板左右小角度转动 , 使平面镜平面与望远镜光轴有横向垂直机会，眼瞧目镜 , 同时用右手调节望远镜水平调节螺钉1 ( 寻找纵向垂直机会)至视场中出现亮十字像, 并调 2 使十字像处于图43 所示位置（实际操作中可简化为十字像横与分划线重与 ) 转动灰台板使双平面镜转到反面，用手小角度左右转动 , 寻找反面垂直机会 , 若无十字像出现 , 立即把平面镜转回正面。观察望远镜状态 , 瞧目镜一端就是向上还就是向下倾斜？判

10、断后 , 调节螺钉 12 校正望远镜水平 ,此时，视场中十字像偏离了分划线（注意: 上 - 不可出视场 ; 下 - 不过横叉丝 )，调节载物台螺钉 a, 使亮十字像回到分划线, 经过一次或多次判断、调节，反面视场中定会瞧到十字像。但此时反面十字像横与分划线不重与。调节螺钉12 使十字像向分划线趋近一半, 再调节载物台螺钉 b 使二者重合（以下称一半一半法 ); 转回正面，十字像横与分划线又不重与了 , 调螺钉 12 使十字像向分划线趋近一半，再调节螺钉a使二者重合。这样反复多次一半一半 地调节 , 就会使得两面得十字像横均与分划线重合，望远镜光轴与旋转主轴垂直了,但此时载物台平面不一定与旋转主

11、轴垂直, 这就是由于两条直线确定一个平面. 以上仅调了一条直线 ,即、 b螺钉顶端所在得直线。这时可把双面镜按图4- 7所示放置，调节螺钉(此时不能再动螺钉、b 、12 ）使双面镜正面对应十字像横与分划线重合, 这时载物台平面与旋转主轴垂直了。图4-6双面镜初放置图 4双面镜转置5。调节分划板成水平与竖直当载物台连同双平面镜相对望远镜旋转时观察，如果分划线与亮十字得移动方向不平行, 就要转动目镜组, 使亮十字得移动方向与分划线平行. 注意，此时不可破坏望远镜得调焦，然后将目镜得锁紧螺钉旋紧。6. 平行光管得调焦首先关掉望远镜目镜照明器上得光源, 拿走载物台上得双平面镜。打开狭缝 28, 用漫反

12、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与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得叉丝竖线平行, 注意不要破坏平行光管得调焦, 然后将狭缝装置锁紧螺钉旋紧。表4 1次数目镜竖丝位置左端刻度盘读数右端刻度盘读数1左一级12右一级12左一级右一级左一级3右一级。用钠黄光 ( =589 、3 m ）测衍射角 :将平行光管正对钠光灯, 并将光栅放在载物台上使其与平行光管光轴垂直，观察其零级及一级衍射条纹, 可以瞧到一级衍射条纹就是两条靠得很近得谱线(589 、0nm 与589 、 m ）, =58 、 3nm 就是它们得波长得平均值。分别测定左一级、 右一级衍射条纹左、右两端刻度盘得读数, 重复测量三次, 并记录在表 4-1 中。图 12 8角游标读数练习图 2- 偏心差原理如此，得本光栅对钠黄光得一级衍射角为( )求得此光栅衍射得一级衍射角得三次测量得平均值, 取B= 度，求测量结果得不确定度 1，并由求得光栅常数，由1利用不确定度传递公式(4 3)求得d, 则光栅常数 =d 。* 注意 要化为弧度。【思考题】、应用分光计进行测量之前, 应调节到何种状态?2、