实验四 分光计的调整及光栅常数的测定

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1、实验四分光计的调整及光栅常数的测定分光计作为基本的光学仪器之一，它是精确测定光线偏转角的仪器，也称之为测角仪。光学中很多基本量（如反射角、折射角、衍射角等）都可以由它直接测量。因此，可以应用它测定物质的有关常数（如折射率、光栅常数、光波波长等），或研究物质的光学特性（如光谱分析）。应用分光计必须经过一系列仔细的调整，才能得到准确的结果。因此，在学习使用过程中，要做到严谨、细致，才能正确掌握。【实验目的】1．了解分光计构造的基本原理。2．学习分光计的调整技术，掌握分光计的正确使用方法。3．利用分光计测定光栅常数。【实验原理】1．分光计

2、光线入射到光学元件上，由于反射或折射等作用，使光线产生偏离，分光计就是用来测量入射光与出射光之间偏离角度的一种仪器。要测定此角，必须满足两个条件：⑴入射光与出射光均为平行光；⑵入射光、出射光以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。为此，分光计上装有能造成平行光的平行光管、观察平行光的望远镜及放置光学元件的载物台，它们都装有调节水平的螺钉。为了读出测量时望远镜转过的角度，配有与望远镜连接在一起的刻度盘，如图4-1所示。各部分别介绍如下：⑴读数装置。在底座19的中央固定一中心轴，度盘22和游标盘21套在中心轴上，可以绕中心轴旋转

3、；度盘下端有轴承支撑，使旋转轻便灵活；度盘上的刻线把360°圆周角分成720等份，每份为30′。同一直径方向两端各有一个游标读数装置，测量时，对望远镜的两个位置中每一位置都读出两个数值，然后对同侧的差值读数取平均值，这样可以消除因偏心引起的误差（见本实验参考资料）。⑵平行光管。立柱23固定在底座上，平行光管3安装在立柱上，平行光管的光轴位置可以通过立柱上的调节螺钉26、27分别进行左右、水平微调，平行光管有一狭缝装置1。旋松螺钉2，转动装有狭缝的内套筒使狭缝成严格的垂直状，前后移动内套筒，使狭缝严格地处在透镜焦平面上，则平行光管发出

4、狭缝平行光。狭缝的宽度可在0.02～2.00mm内由螺钉28调节，一般在教师指导下调节。图4-1JJY型1´分光计分划线十字叉丝图4-2望远镜结构图4-3分划板视场⑶望远镜。阿贝自准直望远镜8安装在支臂14上，支臂和转座20固定在一起并套在度盘上。当松开制动螺钉16时，转座和度盘可以相对转动，当旋紧此制动螺钉，转座和度盘一起旋转。旋紧制动架18与底座上的制动螺钉17时，借助于此制动架末端上的调节螺钉15可以对望远镜进行左右转动微调。望远镜的光轴位置，可以通过螺钉12、13分别进行水平、左右微调。图4-4衍射光栅阿贝自准直望远镜内部结

5、构如图12-2所示，从目镜所见分划板视场如图4-3。旋目镜调焦手轮11，使目镜中能十分清晰地看到分划板上的分划线。旋松螺钉9，转动目镜组10使分划线成水平状。前后移动目镜组，使分划板处在物镜的焦平面上，则亮十字经物镜发出的光为平行光，当它被反射回望远镜时，将在分划板上成清晰的亮十字像，且与实物亮十字无视差。⑷载物台。载物台5套在游标盘上，可绕中心轴旋转，旋紧载物台锁紧螺钉7和制动架4与游标盘的制动螺钉25时，借助于立柱23的调节螺钉24可以对载物台进行微调。放松载物台锁紧螺钉时，载物台可根据需要升高或降低。调到所需位置后，再把锁紧螺

6、钉锁紧。载物台有三只调平螺钉6，可用来调节载物台面，使之与旋转主轴垂直。⑸照明。外接6.3V电源，插头插在底座的插座上，经导电环通到转座的插座上，望远镜系统的照明器插头与之相接，这样可以避免望远镜系统旋转时电线拖动。2．光栅光栅是由许多等宽度a（透光部分）、等间距b（不透光部分）的平行缝组成的一种分光元件。当波长为λ的单色光垂直照射在光栅面上时，则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：（a+b）sinφk=kλ（

7、k=0，±1，±2，…）（4-1）式中a+b=d称为光栅常数，k为光谱级数，φk为第k级谱线的衍射角。见图4-4，k=0对应于φ=0，称为中央明条纹，其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。如果入射光不是单色光，则由式（4-1）可知，λ不同，φk也各不相同，于是将复色光分解。而在中央k=0，φk=0处，各色光仍然重叠在一起，组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布k=1，2，…级光谱线，各级谱线都按波长由小到大，依次排列成一组彩色谱线，如图4-5所示。根据式（4-1），如能测出各种波长谱线的衍射角φk，则从已知波长λ的大小，可以算

8、出光栅常数d；反之，已知光栅常数d，则可以算出波长λ。【实验仪器】分光计，钠光灯，双平面镜，光栅。图4-5光栅衍射谱【注意事项】1．移动望远镜时，只能推动立柱14，不允许搬动镜筒及目镜。2．取放双面镜及光栅时只能拿边缘，不许触摸表面，