南昌大学分光计调整及光栅测量实验报告.docx

1、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

2、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

3、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

4、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）sink=k（k=0，1，2，） （4-1）式中a+b=d称为光栅常数，k

5、为光谱级数，k为第k级谱线的衍射角。见图4-4，k=0 对应于=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，不同，k也各不相同，于是将复色光分解。而在中央k=0，k=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k，则从已知波长的大小，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。 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

6、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： 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=546.07nm 次数 游标位置 +1 -1 2 1 左 76

7、58 407 3651 1825 1.71610-6m 右 25740 22010 3710 1835 1.71210-6m 2 左 7831 4011 3820 1910 1.66710-6m右 25911 22040 3929 1945 1.62710-6m3 左 7854 404 3850 1625 1.65310-6m 右 25811 21947 3936 1948 1.62310-6m 𝒅=(d1+d2+d3)/3=1.67810-6m 光栅常数：本光栅对汞绿光的一级衍射角为 1 1 | 1 1 | | 2 2 | 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B=1=度，求测量结果的不确定度1，并由 1 求得光栅常数d ，由1利用不确定度传递公式 d cos2 k k sin k 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。