南昌大学分光计调整及光栅测量实验报告.docx
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南昌大学分光计调整及光栅测量实验报告
南昌大学分光计调整及光栅测量实验报告
南昌大学物理实验报告
课程名称:
大学物理实验I(下)
实验名称:
分光计调整及光栅常数测量
学院:
专业班级:
学生姓名:
学号:
实验地点:
基础实验室大楼311座位号:
实验时间:
2016-12-3第12周星期五8、9、10节
一、实验目的:
1、了解分光计的结构,掌握调节分光计的方法。
2、加深对光栅分光原理的理解。
3、用透射光栅测量光栅常数,光波波长。
4、熟悉分光计的使用方法。
二、实验原理:
1.分光计
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:
1入射光与出射光均为平行光;
2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:
1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;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。
2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
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。
4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。
5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(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,可以算出光栅常数d;反之,已知光栅常数d,则可以算出波长λ。
三、实验仪器:
分光计,汞灯,双平面镜,光栅。
四、实验内容:
1.首先,检查仪器及用具是否齐全、完好,然后将钠灯电源插头插于墙上,打开钠光灯预热。
打开6V变压器开关。
2.目镜的调焦:
转动接目镜调焦手轮11直至视场中分划线清晰。
3.望远镜调焦:
取出双平面镜,扣在望远镜8的前端,即使平面镜平面与望
远镜光轴垂直。
从目镜中观察,可以看到一亮斑,旋松螺钉9,前后微动目镜组,对望远镜进行调焦,使亮斑成为清晰的十字像,旋紧螺钉9。
4.调整望远镜光轴、载物台平面垂直于旋转主轴:
①粗调:
调节载物台a、b、c三只螺钉使两圆盘夹缝处螺钉螺纹数大致相等
(6个螺纹数最佳);调节目镜下方螺钉12使望远镜大致水平。
五、实验数据与处理:
绿光λ=546.07nm
次数
游标位置
+1
-1
2θ
θ
1
左
76°58′
40°7′
36°51′
18°25′
1.716×10-6m
右
257°40′
220°10′
37°10′
18°35′
1.712×10-6m
2
左
78°31′
40°11′
38°20′
19°10′
1.667×10-6m
右
259°11′
220°40′
39°29′
19°45′
1.627×10-6m
3
左
78°54′
40°4′
38°50′
16°25′
1.653×10-6m
右
258°11′
219°47′
39°36′
19°48′
1.623×10-6m
𝒅̅=(d1+d2+d3)/3=1.678×10-6m
光栅常数:
本光栅对汞绿光的一级衍射角为
1
1
|11||22|4
求得此光栅衍射的一级衍射角的三次测量的平均值
1,取ΔB=1′=
度,求测量结果的不确定度Δφ1,并由
1求得光栅常数d,由Δφ1利用不确定度传递公式
dcos2kksink
六、误差分析:
1、在调整望远镜光轴与分光计中心轴垂直时,没有按照要求调节望远镜倾
斜度和载物台螺丝,导致前后两次绿十字像总无法均与底板叉丝重合,会使得后面测量光栅常数时出现误差。
2、在调整平行光管时,没有通过改变平行光管的夹缝与会聚透镜的相对位
置来消除视差。
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