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： 信息工程学院 专业班级：_自动化161_________
学生姓名： 学号：________
实验地点： 基础实验室大楼311 座位号： __35_____
实验时间：2016-12-8第11周星期五15:45—18:10
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： 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；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。 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 狭缝 平行光。 狭缝 的 宽度 可在 0.02 ～2 .00 mm 内由 螺 钉2 8 调节 ，一般在教 师 指 导 下调 节 。 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1 7 时， 借助于此
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，钠光源，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。
但此 时载 物台平面不一定 与旋 转 主轴 垂直，这 是由于 两条 直 线 确定一 个平 面。以 上 仅调 了一 条 直线 ， 即 a 、 b 螺钉 顶端所 在的直线。这时可把双面镜 按 图示 放 置 ， 调节螺钉 c（ 此时不能再动螺钉 a、 b 、12 ） 使双面镜正面 对应 十字像横与分划线重 合，这时载物台平面与旋转主轴垂直了。 5 ． 调节分划板成水平和 竖 直 当载物台连同双平面镜相对望远镜旋转时观察，如果分划线与亮十字的移动 方向不平行，就要转动目镜组，使亮十字的移动方向与分划线平行。注意，此时 不可破坏望远镜的调焦，然后将目镜的锁紧螺钉旋紧。 6 ． 平行光管的调焦 首先关掉望远镜目镜照明器上的光源，拿走载物台上的双平面镜。打开狭 缝 28 ，用漫反射光照明狭缝，前后移动狭缝装置 1 ，使狭缝清晰地成像在望远 镜分划板平面上。然后把平行光管光轴左右调整螺钉 26 调到适中位置，并调节
望远镜光轴左右调 整螺钉 13 和平行光管水平调整螺钉 27 ，使狭缝位于 视场中 心。最后，旋转狭缝装置，使狭缝与目镜分划板的 叉丝竖线 平行，注意不要破 坏平行光管的调焦，然后将狭缝装置锁紧螺钉旋紧。
7. 光栅常数测量 7 .1 分光计的调节 （ 1 ）望 远镜调焦无穷远。 （ 2 ）望 远镜、准直管主轴均垂直与仪器主轴。 （ 3 ）准 直管（平行光管）发出平行光。 7.2 测光栅常数 d 根据式（ 1 ），只要测出第 k 级光谱线中波长已知的谱线的衍射角 θ， 就可 求出 d 值。 已知光波可用汞灯光谱中的绿线 （λ =546.07 nm ），光谱线级次 k = ±1. 转动望远镜到光栅的一侧 ，使叉丝的竖直线对准已知波长的第 k 级谱线的中 心 ， 记录二游标值。 转动望远镜到光栅的另一侧 ，同上测量 ，同一游标的两次读数之差是衍射角 θ 的二倍 ， 计算 d 值平均值 。
衍射光谱级数 +1 -1 +2 -2 左侧衍射光谱坐标 307°10′ 326°15′ 288°26′ 307°11′ 右侧衍射光谱坐标 127°15′ 146°11′ 108°24′ 127°24′ 2φk左 2φk右 2φk φk
19°5′ 18°56′ 19°05′ 9°32′ 18°45′ 19°0′ 18°56′ 9°56′ 求得此光栅衍射的一级衍射角的两次测量的平均值9°44′1 ，取ΔB=1′=度，
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。 七 原始数据
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