分光計的調(diào)整及光柵衍射實驗.doc

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1、一、實驗名稱：分光計的調(diào)整與光柵常數(shù)的測量二、實驗目的：分光計的調(diào)整與使用、衍射光柵測定光柵常數(shù)。三、實驗原理：光柵上的刻痕起著不透光的作用，當一束單色光垂直照射在光柵上時，各狹縫的光線因衍射而向各方向傳播，經(jīng)透鏡會聚相互產(chǎn)生干涉，并在透鏡的焦平面上形成一系列明暗條紋。如圖1所示，設光柵常數(shù)d=AB的光柵G，有一束平行光與光柵的法線成i角的方向，入射到光柵上產(chǎn)生衍射。從B點作BC垂直于入射光CA，再作BD垂直于衍射光AD，AD與光柵法線所成的夾角為j。如果在這方向上由于光振動的加強而在F處產(chǎn)生了一個明條紋，其光程差CA+AD必等于波長的整數(shù)倍，即：（1）式中，l為入射光的波長。當入射光和衍射光

2、都在光柵法線同側(cè)時，（1）式括號內(nèi)取正號，在光柵法線兩側(cè)時，（1）式括號內(nèi)取負號。如果入射光垂直入射到光柵上，即i=0，則（1）式變成：（2）這里，m=0，±1，±2，±3，…，m為衍射級次，jm第m級譜線的衍射角。圖3光柵衍射光譜光柵G在小平臺上的位置圖2衍射光譜的偏向角示意圖四、實驗儀器：1、分光計圖4JJY型分光計的結(jié)構(gòu)示意圖1-平行光管狹縫鎖緊螺釘；2-平行光管狹縫裝置；3-平行光管狹縫調(diào)節(jié)螺釘；4-平行光管傾斜度調(diào)節(jié)螺釘；5-平行光管水平方向調(diào)節(jié)螺釘；6-平行光管，7-載物臺鎖緊螺釘；8-載物臺；9-載物臺調(diào)平螺釘；10-望遠鏡；11-望遠鏡目鏡鎖緊螺釘；12-望遠鏡目鏡調(diào)焦螺旋；1

3、3-小電珠；14-望遠鏡傾斜度調(diào)節(jié)螺釘；15-望遠鏡水平方向調(diào)節(jié)螺釘(背面)；16-游標盤；17-轉(zhuǎn)座水平方向微調(diào)螺釘(背面)；18-游標；19-刻度盤；20-底座；21-轉(zhuǎn)座與刻度盤鎖定螺釘；22-轉(zhuǎn)座；23-望遠鏡止動螺釘(背面)；24-游標盤微動螺釘；25-游標盤止動螺釘分光計的結(jié)構(gòu)示意圖圖5　分光計的讀數(shù)盤刻度盤為334030’稍多一點，游標盤上的第17格恰好與刻度盤上的刻度對齊，因此讀數(shù)為334030’+17’=334047’。2、光柵衍射光柵是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散的光學元件，實驗中所用透射光柵是用金剛石刻刀在平面玻璃上刻許多平行線制成的，被刻劃的線是光柵中不透光的間隙，一般

4、每毫米約250-600條線。如前所述，光柵上有許多平行的，等距離的刻線。在本實驗中應使光柵刻線與分光計主軸平行。如果光柵刻線不平行于分光計主軸，將會發(fā)現(xiàn)衍射光譜是傾斜的并且傾斜方向垂直于光柵刻痕的方向不平行于分光計方向，但譜線本身仍平行于狹縫。顯然這會影響測量結(jié)果。通過調(diào)整小平臺，可使光柵刻痕平行于分光計主軸。為調(diào)節(jié)方便,放置光柵時應使光柵平面垂直于小平臺的兩個調(diào)水平螺釘?shù)倪B線。3、水銀燈水銀燈譜線的波長水銀燈譜線的波長顏色紫綠黃紅404.7491.6577.0607.3407.8546.1579.1612.3波長/nm410.8623.4433.9690.7434.8435.8水銀燈光譜圖汞

5、燈的多級衍射光譜3.使用水銀燈注意事項l)水銀燈在使用中必須與扼流圈串接，不能直接接220V電源，否則要燒毀。2)水銀燈在使用過程中不要頻繁啟閉，否則會降低其壽命。3)水銀燈的紫外線很強，不可直視。五、實驗內(nèi)容：1.粗調(diào)分光計（1）調(diào)平望遠鏡和平行光管，三垂直—－望遠鏡軸線、載物平臺、平行光管軸線分別垂直于中心轉(zhuǎn)軸。（2）調(diào)焦目鏡，通過目鏡能清晰地看到分劃板上鉛直清晰的叉絲刻線和十字光標，粗調(diào)平行光管物鏡，調(diào)出清晰豎直的狹縫像。（3）載物臺放上平面反射鏡（放法如圖6所示），觀察綠十字像（注意觀察狹縫像“尾巴”），并調(diào)節(jié)物鏡使之清晰豎直。圖6平面鏡放法2.細調(diào)分光計（1）各半調(diào)節(jié)法，調(diào)節(jié)a1(a

6、2)和螺釘14，使綠十字像調(diào)到oo’線上，載物盤轉(zhuǎn)過1800調(diào)節(jié)使綠十字像到oo’線上；重復上述過程。（2）轉(zhuǎn)動平面鏡900，調(diào)節(jié)a3使綠十字像到oo’線上（3）平行光管細調(diào)，調(diào)節(jié)狹縫像清晰、鉛直，寬度為1mm左右?！　　　　　　　?.光柵的調(diào)節(jié):與平面鏡放法一樣，調(diào)節(jié)光柵平面與入射光垂直。4測量汞光譜線第一級(k=1)的衍射角:將望遠鏡分別位置1和位置2,使分劃板上的叉絲豎線對準該譜線,讀出左、右游標讀數(shù)，記入下表，然后根據(jù)公式（2）計算它們的衍射角。六、數(shù)據(jù)處理衍射光譜級次m左側(cè)衍射光方位右側(cè)衍射光方位1212°28’32°18’180°2’90°04’2231°12’51°16’179°

7、58’89°59’-1273°44’93°43’180°1’90°-2294°18’114°22’179°58’89°59’衍射角θ=90°02’θ=89°59’用λ=546.07nm的數(shù)據(jù)求d；光柵常量d=k?λ/sin=1092.6nm=1.0926um===2.057radd=(1.0926-+0.001)um