分光计调整及光栅常数测量实验报告.docx

南昌大学物理实验报告 课程名称： 大学物理实验 实验名称: 分光计调整及光栅常数测量 学院： 专业班级： 学生姓名: 学号：_ 实验地点： 基础实验大楼 座位号: 实验时间: 一、 实验目的： 1?了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法； 加深对光栅分光原理的理解； 用透射光栅测定光栅常数。 二、 实验原理 分光计，是一种测量角度的精密仪器。其基本原理是，让光线通过狭缝和聚焦透镜 形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜并成像在望远镜的焦 平面上，通过目镜进行观察和测量各种光线的偏转角度， 从而得到光学参量例如折射率、 波长、色散率、衍射角等. 光栅和棱镜一样,是重要的分光元件，已广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中。 光栅是一组数目极多的等宽、等间距的平行狭缝，如下图中的 G ,用刻线机在透明玻璃 片上刻出痕宽为b（不透光部分）、缝宽为a(透光部分）的N条平行狭缝，就构成了一个 笼透射光栅,d=a+b即为光栅常数。本实验所用的全息光栅,则是用当全息技术使一列极 密、等距的干涉条纹涂有乳胶的玻璃片上感光,经处理里后，感光的部分成为不透明的 条纹；而未感光的部分成透光的狭缝. 图1 如图2所示，狭缝光源S位于透镜LI的物方焦平面上，G为光栅，自LI射出的平行 光垂直照射在光栅G上。透镜L2将与光栅法线成角的衍射光会聚于其像方焦面上的 P 点，产生衍射亮条纹的条件为: d Sin「K ( K= 1, —2， ) （ 1） 式(1)称为光栅方程，式中缝距d称为光栅常数，■为入射光波波长,二为衍射角，K 为衍射光谱级数。当K=O时，在二=0的方向上，各种波长的亮线重叠在一起，形成明亮 的零级像.对于K的其他数值，不同波长的亮线出现在不同的方向上形成光谱，对称地 分布在零级条纹的两侧。因此，若光栅常数 d已知，测出某谱线的二和光谱级K,贝何 由式（1）求出该谱线的波长?.反之如果波长?是已知的，则可求出光栅常数d 三、实验仪器 分光计、平面镜、汞灯、衍射光栅。 四、实验内容和步骤 1?分光计的调整 目测粗调。根据眼睛的粗略估计，调节望远镜和平行管上的高低倾斜调节螺丝,使望 远镜和平行管光轴大致垂直于中心轴；调节载物台下的三个水平调节螺丝,使载物台面 大致呈水平状态。 点亮钠光灯，待发光稳定后，调节目镜与分划板之间的距离，看清的准线和带有绿色 的十字。将直准镜放在载物台上，使准镜的两反射面与望远镜大致垂直。缓慢转动载物 台，使得从望远镜的目镜中观察到亮的十字像。再调准线与目镜的距离，使得目镜中既 能看清准线又能看清亮十字像。 调整望远镜光轴与分光计中心轴垂直。准直镜仍竖直置于载物台上，转动载物台,使 望远镜分别对准准直镜的反射面，利用自准法可以看到两个十字反射像,分别调节望远 镜方位和载物台平面，使准线与十字反射像重合.若不重合，它们的交点在高低方位相 差一段距离，此时调节望远镜倾斜度，使差距减小一半，再调节载物台螺丝，消除另一 半距离使准线与十字反射像重合。然后将载物台转动 180度，使望远镜对着双面镜的另 一面，采用同样的方法调节，如此反复调整数次,直至转动载物台时,从双面镜前后两 表面反射回来的十字像都能与准线重合为止. ④调整平行光管。首先目测粗调至平行光管与望远镜光轴一致，然后打开狭缝，从望远 镜中观察，同时调节平行光管狭缝与透镜间距离，直到看见清晰的狭缝像为止，然后调 节缝宽约为Imm。调节平行光管的倾斜度，使狭缝中点与准线中心交点重合。最后消 除视差微微改变平行光管的狭缝与会聚透镜的相对位置， 并稍微移动望远镜的目镜套筒 及转动目镜，最后达到移动头部时，准线与像无相对移动为止。 2。测量光栅常数 按照上述步骤调整好分光计，将望远镜调焦于无穷远,使平行光管与望远镜光轴均垂 直于仪器主轴,平行光管产生平行光；狭缝宽度调至余额 1mm。 将光栅平面调节到垂直于入射光。首先使望远镜对准平行光管，从望远镜中观察被照 亮的平行光管狭缝的像，使其和和叉丝的竖直线重合，固定望远 镜，然后如图摆放光栅,左右转动载物平台，看到反射的绿十字， 调节平台螺钉b2或b3,使绿十字和目镜中的 叉丝重合，这时光 栅已经垂直于入射光. 用汞等照亮平行光管的狭缝，转动望远镜，观察光谱，找到 0, —1，- 2级条纹，利用两个角游标精确读数，然后根据实验得到的绿线的衍射角及汞灯 光中绿线的波长求,值 五、实验数据记录及处理 上绿=546。1nm 衍射光谱级次（K） -1 1 -2 2 左侧衍射光角坐标‰ 7010H 108 20H 50 17H 130 08r 右侧衍射光角坐标。右 250 06 / 288 07， 225 06* 30511F 2日K左= 日左-日左i∣ 3810H 79 51 24右= 日占-日右i 38 0Γ 80