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。