实验十七 分光计的调整及光栅衍射

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1、实验十七分光计的调整及光栅衍射授课班级：教学课次：授课时间:授课地点：物理实验中心（3S314）授课形式：预习讲授和指导授课要点：了解分光计的结构、作用和工作原理，测定光栅的衍射光谱时间分配：讲授25分钟，学生熟悉仪器等20分钟6实验十七分光计的调整及光栅衍射分光计是一种能较准确测量角度的光学仪器。通过角度测量可间接地测出玻璃折射率、光波波长等一系列光学量。[实验目的]1、掌握分光计的结构及调整方法。2、观察光栅的衍射光谱。用光栅测定汞原子光谱部分谱线的波长。[实验原理]光栅是由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝组成。当一束平行光垂直入射到光栅平面上时，透过各狭缝的光线因衍射将向

2、各个方向传播，经透镜会聚后多光束发生干涉，并在透镜焦平面上形成一系列明条纹，称为谱线。明条纹的位置由光栅方程决定：式中，为入射光波长，为谱线的级次，是第级谱线的衍射角，为光栅常数。如果入射光为一束复色光，则经光栅衍射后，在处，各色光仍迭加在一起呈原色，称为中央明条纹。其他级次（）的谱线位于中央明条纹的两侧，且同一级谱线按短波向长波方向散开而形成彩色谱线，称为光栅的衍射光谱。图（17-1）为低压汞灯的第一级光栅衍射光谱，它的每一级有四条特征谱线：紫色、绿色和两条黄色。如果已知光栅常数，用分光计测出第级谱线中某一明条纹的衍射角，则可计算出该明条纹所对应的单色光的波长。[实验仪器]J

3、J型分光计，平面镜，光栅，汞灯。[实验内容]一、分光计的组成和结构分光计由四个部件组成：平行光管、望远镜、载物台和读数装置。（一）、平行光管用来产生平行光束。管的一端装有会聚透镜，另一端为一可调狭缝，旋转手轮可调节狭缝宽度。伸缩套筒可改变狭缝与透镜之间的距离，当其间距等于透镜的焦距时，就能使照在狭缝上的光经过透镜后成为平行光射出。螺钉（）可调节平行光管的俯仰。（二）、望远镜它由物镜和目镜组成。（三）、载物台载物台下方有三个调平螺钉，可用来调节平台面的倾斜度。（四）、读数装置分光计读数装置由一个刻度盘和一个游标盘组成。为了消除刻度盘中心与分光计中心轴的偏心而引起的误差，在刻度盘对

4、径方向设有两个对称的角游标。每次皆应读出两个游标的读数，并分别求出它们转过的角度，再取平均，以消除偏心差。注意：在计算望远镜转过的角度时，要注意望远镜是否经过了刻度盘的零点。6二、分光计的调整（一）、分光计的调整要求用分光计测角度实际上是测定处于与刻度盘平面平行的平面内，且通过中心轴的两束平行光束的夹角。其做法是：先让望远镜对准其中一束平行光束，从左右游标读出该光束的角坐标、，然后在刻度盘不动的情况下，转动望远镜，使其对准另一束平行光束，又读出它的角坐标和，此两束平行光束的夹角即望远镜的转角为：（3-21-1）显然，在用分光计测角度前，应对分光计进行精心的调整，使之达到如下要求

5、：1、望远镜目镜的物方焦点与物镜的像方焦点完全重合，即能够接收平行光；2、平行光管的狭缝应处于透镜的焦平面上，从而能够发出平行光；3、望远镜与平行光管的光轴所组成的平面垂直于分光计的中心旋转轴；4、望远镜与平行光管的光轴所组成的平面与载物台平面平行。只有达到这些标准后，才有可能使入射光和出射光组成的平面与刻度盘平面互相平行，即被测角所在平面与刻度盘平面平行，从而使由刻度盘上读数所得的测量结果较为真实。（二）、分光计的调整步骤分光计的调整需借助于反射镜才能完成。调整的步骤如下：1、目测粗调调节望远镜和平行光管的俯仰调节螺钉使其水平，使得它们的光轴大致等高共线。旋松载物台的锁紧螺母

6、，放松载物台下面的三个调平螺钉，使载物台的平面大致垂直于分光计的中心旋转轴。2、调整望远镜（1）望远镜的调焦目的是让望远镜能接收平行光，这时在目镜视场中可同时看到清晰的小十字和它的反射像。望远镜调焦的步骤，可按下列图表程序进行：A、目镜调焦调节要求：清晰地看到叉丝和透光小十字。a、通电照明小十字及叉丝，可看到叉丝较模糊。b、旋转目镜，使叉丝及小十字由模糊变为清晰。B、物镜调焦调节要求：在视场中同时看清小十字及其反射像。a、将平面镜放在载物台上，使平面镜与载物台任意两个调平螺钉的连线平行，再使望远镜光轴大致垂直于平面镜，仔细调节望远镜的俯仰角并左右转动载物台，使视场中能看到小十字

7、的反射像（可能较模糊）。b、前后移动目镜系统，调节分划板与物镜之间的距离，使得从目镜中能清晰地看到小十字的反射像。（2）望远镜与载物台联合调节调节要求：使望远镜光轴与分光计中心旋转轴垂直，并使载物台面与中心旋转轴垂直。调节方法及标志：采用望远镜与载物台各半调节法。使平面镜在载物台的两个方位上前后两个表面反射回来的小十字像都与分划板的上十字叉丝重合。6A、旋转载物台，使平面镜前后两面反射的小十字像都在望远镜的视场内。如看不到，可重复前面的物镜调焦步骤，直到前后两面均能看到小十字的反射像为止。设