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1、用分光计研究汞灯光谱实验简介实验原理实验目的实验目的实验内容仪器及调整实验数据预习题思考题用分光计研究汞灯光谱 衍射光栅是利用光的衍射原理使光波发生色散的光学衍射光栅是利用光的衍射原理使光波发生色散的光学元件。以衍射光栅为色散元件组成摄谱仪或单色仪是物质光谱分元件。以衍射光栅为色散元件组成摄谱仪或单色仪是物质光谱分析的基本仪器之一，在研究谱线结构，特征谱线的波长和强度；析的基本仪器之一，在研究谱线结构，特征谱线的波长和强度；特别是在研究物质结构和对元素作定性与定量的分析中有极其广特别是在研究物质结构和对元素作定性与定量的分析中有极其广泛的应用。泛的应用。 分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称
2、测角仪。光学中分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如波长，折射率等都可以直接或间接地表现为光线的许多基本量如波长，折射率等都可以直接或间接地表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长，折射率等，此外还能精确的的偏转角，因而利用它可测量波长，折射率等，此外还能精确的测量光学平面间的夹角。许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱测量光学平面间的夹角。许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度仪、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所仪、分光光度仪、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。以分光计是光学实验中的基本仪器之一。 使用分光计时
3、必须经过一系列精细的调整。分光计的调整方使用分光计时必须经过一系列精细的调整。分光计的调整方法对一般光学仪器的调整也有一定的通用性，因此学习分光计的法对一般光学仪器的调整也有一定的通用性，因此学习分光计的调整方法也是使用光学仪器的一种基本训练。调整方法也是使用光学仪器的一种基本训练。 实验简介实验简介用分光计研究汞灯光谱实验目的实验目的1 1 熟悉分光计的调整和应用；熟悉分光计的调整和应用；2 2了解光栅分光的特点了解光栅分光的特点; ;3 3观察汞灯光谱的特点；观察汞灯光谱的特点；4. 4. 测量汞灯各光谱线的波长。测量汞灯各光谱线的波长。用分光计研究汞灯光谱实验原理实验原理一、光栅一、光栅
4、光栅光栅-是一排密集、均匀而又平行的狭缝。是一排密集、均匀而又平行的狭缝。衍射光栅衍射光栅 (透射光栅透射光栅)机制光栅机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕, ,刻过的地方不透光，未刻地方透光。刻过的地方不透光，未刻地方透光。全息光栅全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。板上曝光，经显影定影制成全息光栅。用分光计研究汞灯光谱光栅常数光栅常数:d:d透光缝宽度透光缝宽度 a不透光缝宽度不透光缝宽度 b用分光计研究汞灯光谱二、光栅衍射二、光栅衍射根据波动光学理论，当单
5、色平行光垂直照射在光栅面上时，将根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，产生明条纹的条件为产生夫琅和费衍射现象，产生明条纹的条件为 dsindsin k k = =k k k k= 0, 1, = 0, 1, 2,2, d-d-光栅常数光栅常数 k-k-第级衍射角第级衍射角 -入射光波长入射光波长 K K- - 明纹的级次。明纹的级次。 如果用会聚透镜将衍射如果用会聚透镜将衍射后的平行光会聚起来后的平行光会聚起来, ,透镜后焦透镜后焦面上将出现一系列亮线面上将出现一系列亮线-谱线谱线. . 在在 =0=0的方向上可以观察的方向上可以观察到零级谱线到零级谱线,
6、 , 其他级数的谱线对称分其他级数的谱线对称分布在零级两侧布在零级两侧用分光计研究汞灯光谱如果已知光栅常数如果已知光栅常数d d，用分光计测出，用分光计测出k k级谱线级谱线对应的衍射角对应的衍射角 k k，则可求出该谱线对应的入射光，则可求出该谱线对应的入射光波长波长 ; ;若已知入射光的波长若已知入射光的波长 , ,则反过来可求光栅则反过来可求光栅常数常数d d 。用分光计研究汞灯光谱仪器及调整仪器及调整o分光计一台分光计一台o光源光源( (汞灯汞灯) )一个一个o平面反射镜一块平面反射镜一块o衍射光栅一块衍射光栅一块. .用分光计研究汞灯光谱 分光计（又名分光测角仪）是用来精确分光计（又
7、名分光测角仪）是用来精确分光计（又名分光测角仪）是用来精确分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器。分光计是光学实验的基本仪测量角度的仪器。分光计是光学实验的基本仪测量角度的仪器。分光计是光学实验的基本仪测量角度的仪器。分光计是光学实验的基本仪器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个
8、表面是否平行等。否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。分光计介绍分光计介绍用分光计研究汞灯光谱 分分光光计计用分光计研究汞灯光谱目镜目镜调焦调焦物镜调焦物镜调焦物镜物镜调焦调焦物镜调焦物镜调焦紧固螺钉紧固螺钉调焦调焦紧固螺钉紧固螺钉平行光管调焦平行光管调焦望远镜望远镜倾斜调节倾斜调节望远镜望远镜水平微动水平微动望远镜紧固望远镜紧固望远镜和度盘之间紧固望远镜和度盘之间紧固(此螺钉轴对称处此螺钉轴对称处)载物台调节载物台调节载物台游标载物台游标 盘紧固盘紧固平行光管平行光管倾斜调节倾斜调节用分光计研究汞灯光谱平平面面反反射射镜镜
9、用分光计研究汞灯光谱低低压压汞汞灯灯用分光计研究汞灯光谱衍射光栅衍射光栅用分光计研究汞灯光谱1.1.分光计的调节分光计的调节测量前应调节分光计，达到：oo望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。oo平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。oo待测光学元件的表面与中心转轴平行。 实验内容实验内容用分光计研究汞灯光谱1) 1) 1) 1) 目视粗调目视粗调目视粗调目视粗调 调节望远镜俯仰调节螺钉调节望远镜俯仰调节螺钉 平行光管俯仰调节螺钉平行光管俯仰调节螺钉望远镜支架望远镜支架平行光管水平调节螺钉平行光管水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉 松开望远镜
10、锁紧螺钉松开望远镜锁紧螺钉 松开松开游标盘锁紧螺钉游标盘锁紧螺钉锁紧锁紧载物台升降锁紧螺钉载物台升降锁紧螺钉调节调节载物盘水平调节螺钉载物盘水平调节螺钉 移动底座用分光计研究汞灯光谱载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例 平面镜两侧面的反射像分别位于平面镜两侧面的反射像分别位于和时，只需调节望远镜的时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉俯仰调节螺钉dd平面镜两侧面的反射像同时位于平面镜两侧面的反射像同时位于或时，只需调节载物盘的时，只需调节载物盘的水平调节螺钉水平调节螺钉dd用分光计研究汞灯光谱旋转目镜调节鼓轮
11、 叉丝像分划板视场透光窗 反射像伸缩目镜筒 2) 2) 2) 2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远用自准直法将望远镜调焦到无穷远用自准直法将望远镜调焦到无穷远用自准直法将望远镜调焦到无穷远用分光计研究汞灯光谱观察不到反射像的原因观察不到反射像的原因观察不到反射像的原因观察不到反射像的原因oo目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模糊。（转动目镜调节鼓轮）oo望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺钉，前后移动目镜筒 ）oo平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。 俯视侧视转动载物台或望远镜调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉用分光计研究汞灯光谱3) 3) 3) 3) 调节望远镜光轴与中心转轴垂
12、直调节望远镜光轴与中心转轴垂直调节望远镜光轴与中心转轴垂直调节望远镜光轴与中心转轴垂直 放置平面镜 拨动游标盘 调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉 用分光计研究汞灯光谱载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节d调节载物盘水平调节螺钉调节载物盘水平调节螺钉d/2调节望远镜俯仰调节螺钉调节望远镜俯仰调节螺钉 用分光计研究汞灯光谱4) 4) 4) 4) 调节平行光管调节平行光管调节平行光管调节平行光管oo平行光管由狭缝和准直透镜组成。平行光管由狭缝和准直透镜组成。用分光计研究汞灯光谱狭缝 锁紧螺钉俯仰调节
13、螺钉松开狭缝锁紧螺钉松开狭缝锁紧螺钉前后移动狭缝前后移动狭缝 转动狭缝转动狭缝调节平行光管俯仰调节螺钉调节平行光管俯仰调节螺钉 转动狭缝转动狭缝锁住狭缝锁紧螺钉锁住狭缝锁紧螺钉 用分光计研究汞灯光谱V1 1V2 2V3 3二、调节光栅二、调节光栅l平行光垂直照射光栅表面平行光垂直照射光栅表面：调节调节V V1 1、V V3 3使光栅反射回来使光栅反射回来的叉丝像和叉丝重合的叉丝像和叉丝重合l光栅刻痕与仪器转轴、狭光栅刻痕与仪器转轴、狭缝平行缝平行：转动望远镜观察零：转动望远镜观察零级谱线两侧的一级或二级谱级谱线两侧的一级或二级谱线，调节线，调节V V2 2并稍微旋转狭缝，并稍微旋转狭缝，使两侧
14、谱线均与叉丝的中心使两侧谱线均与叉丝的中心横线垂直，并上下对称横线垂直，并上下对称用分光计研究汞灯光谱读数方法读数方法主刻度盘游标盘游标窗口233 13 用分光计研究汞灯光谱 刻度盘分为刻度盘分为360360, ,最小刻度为半度最小刻度为半度(30(30），），小于半度则利用游标读数。游标上刻有小于半度则利用游标读数。游标上刻有3030小格，小格，与刻度盘上与刻度盘上2929个小分格等长，故刻度盘上个小分格等长，故刻度盘上1 1小格小格与游标上与游标上1 1小格之差为小格之差为11，因此该游标的分度，因此该游标的分度值为值为11。 用分光计研究汞灯光谱实验数据（汞灯光谱分析）实验数据（汞灯光谱
15、分析）1数据记录自拟数据记录表格。测出汞灯各谱线的k =1、 2的衍射角，计算各谱线波长及百分误差。用分光计研究汞灯光谱表表2 2：汞灯光谱的研究：汞灯光谱的研究光谱光谱衍射衍射-1级级衍射衍射+1级级左端读左端读数数右端读右端读数数左端读左端读数数右端读右端读数数紫紫1紫紫2蓝蓝绿绿黄黄1黄黄2红红衍射衍射-2级级衍射衍射+2级级左端读左端读数数右端读右端读数数左端读左端读数数右端读右端读数数用分光计研究汞灯光谱注意事项1 1 分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随
16、意拧动狭缝。拧动狭缝。2 2 光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。轻拿轻放，以免弄脏或损坏。3 3 在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。4 4 测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。提高工作效率和测量准确度。5 5在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否
17、过了刻度的位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。零点。 用分光计研究汞灯光谱预习题o1. 用 测d应保证什么条件？实验时这些条件是怎样保证的？o2. 按图5的放法放置光栅有什么好处？ 图5 光栅放置在载物平台上用分光计研究汞灯光谱思考题o1. 如果光栅平面和转轴平行，但刻缝和转轴不平行，那么整个光谱有什么异常？对测量结果有无影响？o2. 三棱镜的分辨本领R =b，b是三棱镜底边边长，一般三棱镜为1000/cm，问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨本领？o3. 仍用本实验的分光计，但换一个刻痕数更多的光栅（光栅常数相同），能否提高分辨本领，从而分辨开精细的谱线？用分光计研究汞灯光谱
