实验七 用分光计测光栅常数和光波的波长

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1、【实验目的】1. 熟悉分光计的操作2. 用已知波长光光栅常数3. 用测出的光栅常数测某一谱线的波长【实验仪器】分光计及附件一套，汞灯关源；光栅一片-1 0 +1【实验原理】本实验是利用全息光栅进行测量，光源采用GD20低压汞灯，它点燃之后能发生较强的 特性光谱线，在可见区辐射的光谱波长分别为5790A0, 5770 Ao, 5461 Ao, 4358 Ao, 4047 A0o根据夫琅和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为: dsin 9 =K入(K=0,1,2,3,)d光栅常数9衍射角入单色光波长由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，

2、各色光的 衍射角9是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，通过分 光计观察时如(图8-3)所示。 _册册曝 密 睜中决亮蚁级亮址7J图 S-3这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光入y=5790 Ao）对准该谱线的某级亮纹（例如K=l）时，求出其平均的衍射角ey ,代入公式就可求光栅常数d,然后可与标准比 较。本实验采用d=1/1000厘米的光栅。相反，若将所求得的光栅常数d,并对绿光进行观 察，求出某级亮纹（如K=1）的平均衍射角e，代入公式，又可求出入。同理，可 y g以同级亮纹或不同亮纹的其他谱线进行观察和计算。【实验步骤】（实验之前请先看实验七附录）1、先进行目

3、镜和望远镜的调焦；2、调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴；3、平行光管的调焦；4、调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴；5、将平行光管狭缝调成垂直；（1-5安装时已基本调好）6、调节光栅平面，使光栅与转轴平行，且光栅平面垂直于平行光管。调节方法：先开汞灯光源，把平行光管的狭缝照亮，把望远镜叉丝对准狭缝象，固定望 远镜的锁紧螺钉。关掉汞灯光源，开亮望远镜的照明光源，再把光栅放置在载物平台上, 并使之固定（夹紧）其位置以三只调平螺钉为准如（图8-4）所示。尽可能做到光栅平面垂直平分B、C，然后转动读数圆盘，若已锁紧，须放松螺钉（20） 再调节B、C下面的螺钉，直到望远镜中从光栅平面反射回来的亮十字象和叉丝

4、重合, 既可固定圆盘，锁紧螺钉（20）7、调节光栅，使其刻痕与转轴平行。光栅平面虽然平行转轴，但刻痕不一定平行 转轴，调节方法是点亮汞灯，让望远镜对各条谱线进行初步观察，同时调节A下面 的螺钉（B、C不能动）使叉丝垂直与谱线平行。调好之后，关掉汞灯，回头检查 步骤（6）是否有变动，这样反复多次调节，直至（6、7）两个要求同时满足为止。8、测光栅常数d：先对准中央亮纹，在刻度盘上读出二个数字e左和e右取其平均值，作为该位置的相对角度e0。然后分别对K=1时黄光谱线进行观察，（入y=5790Ao）,并分别求出K=l时黄光的衍射角，一般应相差不超过几分，如相差太大，就 是（6、7）未调好，这两个读数

5、的平均值就是ey，代入公式dsin 9 =入，即可求得 do（见实验报告）9、测绿光的波长入鸟：类似上一步骤，对准绿光，测出K=1的谱线的衍射角的平均值9，用自己求出的光栅常数，代入公式dsin 9=入，即可求入。 yg10、数据处理：将上面二个步骤所得的数据，填写好实验报告，并进行计算。实验七附录分光计的使用一、用途：分光计是一种分光测角光学实验仪器、可以利用光的反射击队、折射、衍射、干涉和偏振原理进行各项实验。例如：1、利用光的反射原理测量棱镜的角度；2、利用光的折射原理测量棱镜的最小偏向角，从而计算棱镜玻璃的折射率等；3、和光栅配合作光的衍射实验，测量光波波长等。4、和偏振片、波片配合，

6、作光的偏振实验等。二、JJY型1分光计的主要技术性能及规格1. 光学参数平行光管及望远镜系统的物镜焦距：170mm；通光口径：22mm；视场：3o22，望远镜系统目镜焦距：24.3mm。2. 刻度盘直径：178mm：刻度范围：0-3600：刻度格值：O.5o游标读数示值：13. 附件： 三棱镜（棱角600 5Z）（材料ZFI ND=106475） 光学平行平板（校正平台之用） 变压器6.3V/220V容量3VA（望远镜、放大镜之用） 手持照明放大镜 平面全息光栅3000条/cm三、仪器结构见图7f-l图7f-1分光计四、仪器的调整1. 目镜的调焦目的是使眼睛通过目镜能清楚地看到目镜中分划上的刻

7、线。调焦方法是先把目镜调焦手 轮（15）旋出，然后一边旋进，一边从目镜中观察，反复调节直至分划板刻线成象清晰为止。1.望远镜的调焦目的将目镜分划板上的十字线调整目镜的焦平面上,调整方法: 接上目镜照明灯源。把望远镜光轴位置调节螺丝（17、18）调节到适中的位置。在载物台的中央放上平行平 板（反射镜），其反射面对看望远镜，且与望远镜光轴大致垂直。通过调节载物台下面三 只调平螺丝（9）并转动载物台（注意！转动载物台（11）通过转动刻度盘（19）进行，此 时需松开（20）,使望远镜的反射象大致与望远镜在一直线上。从目镜中观察，此时可以 看到一亮斑。再移动目镜（不是调焦手轮，松开（14）对望远镜进行调

8、整，使十字线成清 晰的象（看到图示7f-2）。并反复调节三只调平螺丝，把这个亮十字（绿色）调节到与分划2. 调节望远镜的光轴垂直于旋转主轴 在望远镜的调焦基础上，对准平行平板，精确地调节螺丝（17 ），以达到亮十字（绿色） 与十字线重合，然后锁紧螺丝（21） 把游标盘连同载物台和平行板旋转 1800，再观察亮十字的位置，可能与十字线偏高偏 低或偏左偏右。然后调节载物台三只螺丝，使位移减少一半，再转1800调节，必要时 再配合调整上下调节螺丝（17）、反复旋转调节直至垂直方向位移完全消除。3. 将分划板十字线调成水平 通过目镜观察，旋转游标盘连同载物台，观察亮十字的水平移动时，与分划板的水平线

9、是否平行，如不平行，可转动目镜，注意不要破坏调焦。调完之后，将螺钉（14）锁紧。4. 平行光管的调焦 目的是把狭缝调整到物镜的焦平面上，也就是平行光管对无穷调焦。 掉望远镜照明光源，打开狭缝，用漫射光照狭缝（先了解狭缝的大小调节情况。 在平行光管物镜前放上白纸，开亮光源，并调节光源位置，使在整个物镜孔径上照明均 匀。（可旋转狭缝观察，最后作水平放置） 用望远镜对准平行光管，并调节螺丝（7 ）和（4 ），将平行光管左右上下调节，使狭缝 位于望远镜视场中心。 前后移动狭缝机构（松开（2 ），使狭缝清晰成象在望远镜分划板平面上，注意不破坏 望远镜的调节，只能调节望远镜的微调机构。 松开螺丝（21 ）让望远镜水平转动观察，并对平行光管进行上下调节，使狭缝在目镜视 场中心，旋转狭缝机构，使狭缝象与目镜分划板的垂直刻线平行，不要移动狭缝。 调节狭缝的大小，使狭缝出现在视场中心，又十分清晰，然后锁紧螺钉（2 ）和望远镜 的锁紧螺钉（21）。此时，望远镜、平行光管已水平且成一直线，处于校正状态。