分光计的调整及光栅衍射实验.docx
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分光计的调整及光栅衍射实验
一、实验名称:
分光计的调整与光栅常数的测量
二、实验目的:
分光计的调整与使用、衍射光栅测定光栅常数。
三、实验原理:
光栅上的刻痕起着不透光的作用,当一束单色光垂直照射在
光栅上时,各狭缝的光线因衍射而向各方向传播,经透镜会聚相
iC
A
B
G
互产生干涉,并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
如图1所示,设光栅常数d=AB的光栅G,有一束平行光与光
栅的法线成i角的方向,入射到光栅上产生衍射。
从B点作BC垂
直于入射光CA,再作BD垂直于衍射光AD,AD与光栅法线所成的
夹角为。
如果在这方向上由于光振动的加强而在F处产生了一
个明条纹,其光程差CA+AD必等于波长的整数倍,即:
F
图1光栅的衍射
dsinsinim
(1)
式中,为入射光的波长。
当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时,
(1)式括号内取正号,
在光栅法线两侧时,
(1)式括号内取负号。
如果入射光垂直入射到光栅上,即i=0,则
(1)式变成:
dsinmm
(2)
这里,m=0,±1,±2,±3,⋯,m为衍射级次,m第m级谱线的衍射角。
平行光
望远镜物镜
黄
绿
黄
绿
紫
紫
中央明纹
图2衍射光谱的偏向角示意图
图3
光栅衍射光谱
四、实验仪器:
1、分光计
图4JJY型分光计的结构示意图
1-平行光管狭缝锁紧螺钉;2-平行光管狭缝装置;3-平行光管狭缝调节螺钉;4-平行光管
倾斜度调节螺钉;
5-平行光管水平方向调节螺钉;
6-平行光管,
7-载物台锁紧螺钉;
8-载物台;
9-载物台调平螺钉;
10-望远镜;
11-望远镜目镜锁紧螺钉;
12-望远镜目镜调焦螺旋;
13-小电
珠;14-望远镜倾斜度调节螺钉;
15-望远镜水平方向调节螺钉
(背面);16-游标盘;
17-转座水
平方向微调螺钉
(背面);18-游标;19-刻度盘;20-底座;21-转座与刻度盘锁定螺钉;
22-转座;
23-望远镜止动螺钉
(背面);24-游标盘微动螺钉;
25-游标盘止动螺钉
分光计的结构示意图
图5分光计的读数盘
刻度盘为334030’稍多一点,游标盘上的第17格恰好与刻度盘上的刻度对齐,因此读数为334030’+17’=334047’。
2、光栅
衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件,实验中所用透射光栅是用金刚石
刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的,被刻划的线是光栅中不透光的间隙,一般每毫
米约250-600条线。
如前所述,光栅上有许多平行的,等距离的刻线。
在本实验中应使光栅刻线与分光计主轴
平行。
如果光栅刻线不平行于分光计主轴,将会发现衍射光谱是倾斜的并且倾斜方向垂直于
光栅刻痕的方向不平行于分光计方向,但谱线本身仍平行于狭缝。
显然这会影响测量结果。
通过调整小平台,可使光栅刻痕平行于分光计主轴。
为调节方便,放置光栅时应使光栅平面
垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。
3、水银灯
水银灯谱线的波长
水银灯谱线的波长
颜色紫绿黄红
波长/nm
水银灯光谱图
汞灯的多级衍射光谱
3.使用水银灯注意事项
l)水银灯在使用中必须与扼流圈串接,不能直接接220V电源,否则要烧毁。
2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭,否则会降低其寿命。
3)水银灯的紫外线很强,不可直视。
五、实验内容:
1.粗调分光计
(1)调平望远镜和平行光管,三垂直—-望远镜轴线、载物平台、平行光管轴线分别垂直于中心转轴。
(2)调焦目镜,通过目镜能清晰地看到分划板上铅直清晰的叉丝刻线和十字光标,粗调平行光管物镜,调出清晰竖直的狭缝像。
(3)载物台放上平面反射镜(放法如图6所示),观察绿十字像(注意观察狭缝像“尾巴”),并调节物镜使之清晰竖直。
2.细调分光计
(1)各半调节法,调节a1(a2)和螺钉14,使绿十字像调到
oo’线上,载物盘转过1800调节使绿十字像到oo’线上;
重复上述过程。
(2)转动平面镜
900
oo
,调节a3使绿十字像到’线上
(3)平行光管细调,调节狭缝像清晰、铅直,宽度为
1mm
图6平面镜放法
左右。
3.光栅的调节:
与平面镜放法一样,调节光栅平面与入射光垂直。
4测量汞光谱线第一级(k=1)的衍射角:
将望远镜分别位置1和位置2,使分划板上的叉丝竖线
对准该谱线,读出左、右游标读数,记入下表,然后根据公式
(2)计算它们的衍射角。
六、数据处理
衍射光谱级次m
左侧衍射光方
右侧衍射光方
2m
左
右
位
位
m
左
右
1212°28’32°18’180°2’90°04’
2231°12’51°16’179°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=的数据求d;
dsinmm
光栅常量d=kλ/sin
m==
(左)2
(
右)2
2'/60
=104
m
2
=2'=
2
2
180
d
()2
(1
)2
m
2
tg
m
d1072.2(2.057
4
2
1
2
10)(
)1.1nm0.001m
tg9012
d=+um
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