實驗十七 分光計的調(diào)整及光柵衍射

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1、實驗十七分光計的調(diào)整及光柵衍射授課班級：教學(xué)課次：授課時間:授課地點：物理實驗中心（3S314）授課形式：預(yù)習(xí)講授和指導(dǎo)授課要點：了解分光計的結(jié)構(gòu)、作用和工作原理，測定光柵的衍射光譜時間分配：講授25分鐘，學(xué)生熟悉儀器等20分鐘6實驗十七分光計的調(diào)整及光柵衍射分光計是一種能較準(zhǔn)確測量角度的光學(xué)儀器。通過角度測量可間接地測出玻璃折射率、光波波長等一系列光學(xué)量。[實驗?zāi)康腯1、掌握分光計的結(jié)構(gòu)及調(diào)整方法。2、觀察光柵的衍射光譜。用光柵測定汞原子光譜部分譜線的波長。[實驗原理]光柵是由大量相互平行、等寬、等間距的狹縫組成。當(dāng)一束平

2、行光垂直入射到光柵平面上時，透過各狹縫的光線因衍射將向各個方向傳播，經(jīng)透鏡會聚后多光束發(fā)生干涉，并在透鏡焦平面上形成一系列明條紋，稱為譜線。明條紋的位置由光柵方程決定：式中，為入射光波長，為譜線的級次，是第級譜線的衍射角，為光柵常數(shù)。如果入射光為一束復(fù)色光，則經(jīng)光柵衍射后，在處，各色光仍迭加在一起呈原色，稱為中央明條紋。其他級次（）的譜線位于中央明條紋的兩側(cè)，且同一級譜線按短波向長波方向散開而形成彩色譜線，稱為光柵的衍射光譜。圖（17-1）為低壓汞燈的第一級光柵衍射光譜，它的每一級有四條特征譜線：紫色、綠色和兩條黃色。如果已

3、知光柵常數(shù)，用分光計測出第級譜線中某一明條紋的衍射角，則可計算出該明條紋所對應(yīng)的單色光的波長。[實驗儀器]JJ型分光計，平面鏡，光柵，汞燈。[實驗內(nèi)容]一、分光計的組成和結(jié)構(gòu)分光計由四個部件組成：平行光管、望遠(yuǎn)鏡、載物臺和讀數(shù)裝置。（一）、平行光管用來產(chǎn)生平行光束。管的一端裝有會聚透鏡，另一端為一可調(diào)狹縫，旋轉(zhuǎn)手輪可調(diào)節(jié)狹縫寬度。伸縮套筒可改變狹縫與透鏡之間的距離，當(dāng)其間距等于透鏡的焦距時，就能使照在狹縫上的光經(jīng)過透鏡后成為平行光射出。螺釘（）可調(diào)節(jié)平行光管的俯仰。（二）、望遠(yuǎn)鏡它由物鏡和目鏡組成。（三）、載物臺載物臺下方有

4、三個調(diào)平螺釘，可用來調(diào)節(jié)平臺面的傾斜度。（四）、讀數(shù)裝置分光計讀數(shù)裝置由一個刻度盤和一個游標(biāo)盤組成。為了消除刻度盤中心與分光計中心軸的偏心而引起的誤差，在刻度盤對徑方向設(shè)有兩個對稱的角游標(biāo)。每次皆應(yīng)讀出兩個游標(biāo)的讀數(shù)，并分別求出它們轉(zhuǎn)過的角度，再取平均，以消除偏心差。注意：在計算望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度時，要注意望遠(yuǎn)鏡是否經(jīng)過了刻度盤的零點。6二、分光計的調(diào)整（一）、分光計的調(diào)整要求用分光計測角度實際上是測定處于與刻度盤平面平行的平面內(nèi)，且通過中心軸的兩束平行光束的夾角。其做法是：先讓望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)其中一束平行光束，從左右游標(biāo)讀出該光束

5、的角坐標(biāo)、，然后在刻度盤不動的情況下，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，使其對準(zhǔn)另一束平行光束，又讀出它的角坐標(biāo)和，此兩束平行光束的夾角即望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)角為：（3-21-1）顯然，在用分光計測角度前，應(yīng)對分光計進(jìn)行精心的調(diào)整，使之達(dá)到如下要求：1、望遠(yuǎn)鏡目鏡的物方焦點與物鏡的像方焦點完全重合，即能夠接收平行光；2、平行光管的狹縫應(yīng)處于透鏡的焦平面上，從而能夠發(fā)出平行光；3、望遠(yuǎn)鏡與平行光管的光軸所組成的平面垂直于分光計的中心旋轉(zhuǎn)軸；4、望遠(yuǎn)鏡與平行光管的光軸所組成的平面與載物臺平面平行。只有達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)后，才有可能使入射光和出射光組成的平面與刻度盤平

6、面互相平行，即被測角所在平面與刻度盤平面平行，從而使由刻度盤上讀數(shù)所得的測量結(jié)果較為真實。（二）、分光計的調(diào)整步驟分光計的調(diào)整需借助于反射鏡才能完成。調(diào)整的步驟如下：1、目測粗調(diào)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和平行光管的俯仰調(diào)節(jié)螺釘使其水平，使得它們的光軸大致等高共線。旋松載物臺的鎖緊螺母，放松載物臺下面的三個調(diào)平螺釘，使載物臺的平面大致垂直于分光計的中心旋轉(zhuǎn)軸。2、調(diào)整望遠(yuǎn)鏡（1）望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦目的是讓望遠(yuǎn)鏡能接收平行光，這時在目鏡視場中可同時看到清晰的小十字和它的反射像。望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦的步驟，可按下列圖表程序進(jìn)行：A、目鏡調(diào)焦調(diào)節(jié)要求：清晰地看到

7、叉絲和透光小十字。a、通電照明小十字及叉絲，可看到叉絲較模糊。b、旋轉(zhuǎn)目鏡，使叉絲及小十字由模糊變?yōu)榍逦?。B、物鏡調(diào)焦調(diào)節(jié)要求：在視場中同時看清小十字及其反射像。a、將平面鏡放在載物臺上，使平面鏡與載物臺任意兩個調(diào)平螺釘?shù)倪B線平行，再使望遠(yuǎn)鏡光軸大致垂直于平面鏡，仔細(xì)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的俯仰角并左右轉(zhuǎn)動載物臺，使視場中能看到小十字的反射像（可能較模糊）。b、前后移動目鏡系統(tǒng)，調(diào)節(jié)分劃板與物鏡之間的距離，使得從目鏡中能清晰地看到小十字的反射像。（2）望遠(yuǎn)鏡與載物臺聯(lián)合調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)要求：使望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計中心旋轉(zhuǎn)軸垂直，并使載物臺面與中心

8、旋轉(zhuǎn)軸垂直。調(diào)節(jié)方法及標(biāo)志：采用望遠(yuǎn)鏡與載物臺各半調(diào)節(jié)法。使平面鏡在載物臺的兩個方位上前后兩個表面反射回來的小十字像都與分劃板的上十字叉絲重合。6A、旋轉(zhuǎn)載物臺，使平面鏡前后兩面反射的小十字像都在望遠(yuǎn)鏡的視場內(nèi)。如看不到，可重復(fù)前面的物鏡調(diào)焦步驟，直到前后兩面均能看到小十字的反射像為止。設(shè)