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：sinsindim（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：sinmdm（2）这里，m=0，±1，±2，±3，…，m为衍射级次，m第m级谱线的衍射角。图1光栅的衍射ABCGFi图2衍射光谱的偏向角示意图图3光栅衍射光谱光栅G在小平台上的位置平行光望远镜物镜黄绿紫黄绿紫中央明纹四、实验仪器：1、分光计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404.7491.6577.0607.3407.8546.1579.1612.3波长/nm410.8623.4433.9690.7434.8435.8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，调节a3使绿十字像到oo’线上（3）平行光管细调，调节狭缝像清晰、铅直，宽度为1mm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左侧衍射光方位左右侧衍射光方位右2m左右m1212°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=546.07nm的数据求d；sinmdm光栅常量d=kλ/sinm=1092.6nm=1.0926um22()()2m左右=2'2=2'/602180=2.057410rad2221()()mmdtgm001.0nm1.11290tg110057.22.1072d224）（）（d=(1.0926-+0.001)um图6平面镜放法