1、实验实验25 25 用分光计测光栅常数用分光计测光栅常数Experiment of grating parameter using spectrometerExperiment of grating parameter using spectrometer 实验目的实验目的实验仪器实验仪器思考问题思考问题实验原理实验原理实验内容实验内容数据处理数据处理实验目的实验目的 n掌握分光计的测量原理及调节方法。掌握分光计的测量原理及调节方法。n学会使用分光计和光栅测定光栅常数、学会使用分光计和光栅测定光栅常数、波长及角色散率。波长及角色散率。实验仪器实验仪器n分光计、双反平面镜、平面透射光栅和汞分光计
2、双反平面镜、平面透射光栅和汞灯灯。n汞光灯也叫水银灯，它是充入稀薄汞蒸汽汞光灯也叫水银灯，它是充入稀薄汞蒸汽而制成的放电管，能发出若干种不同波长而制成的放电管，能发出若干种不同波长的可见光。的可见光。1.1.分光计的结构分光计的结构2.2.分光计的调节分光计的调节测量前应调节分光计，达到：测量前应调节分光计，达到：n望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。中心转轴并与中心转轴垂直。n平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。轴。n待测光学元件的表面与中心转轴平行。待测光学元件的
3、表面与中心转轴平行。1)1)目视粗调目视粗调 调节调节望远镜望远镜俯仰俯仰调节螺钉调节螺钉 平行光管平行光管俯仰俯仰调节螺钉调节螺钉望远镜支架望远镜支架平行光管水平调节螺钉平行光管水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉 松开松开望远镜锁紧螺钉望远镜锁紧螺钉 松开松开游标盘锁紧螺钉游标盘锁紧螺钉锁紧锁紧载物台升降锁紧螺钉载物台升降锁紧螺钉调节调节载物盘载物盘水平水平调节螺钉调节螺钉 移动移动底座底座载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例 平面镜两侧面的反射像平面镜两侧面的反射像分别位于分别位于和和时，只需调节望远时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉镜的俯仰调节螺钉
4、dd平面镜两侧面的反射像平面镜两侧面的反射像同时位于同时位于或或时，只需调节载物时，只需调节载物盘的水平调节螺钉盘的水平调节螺钉dd 2)2)用自准直法将望远镜调焦到无穷远用自准直法将望远镜调焦到无穷远叉丝像叉丝像分划板视场分划板视场透光窗透光窗反射像反射像旋转目镜调节鼓轮旋转目镜调节鼓轮 伸缩目镜筒伸缩目镜筒 观察不到反射像的原因观察不到反射像的原因n目镜中观察到的叉丝和透光窗中绿色十字的像模目镜中观察到的叉丝和透光窗中绿色十字的像模糊。（转动目镜调节鼓轮）糊。（转动目镜调节鼓轮）n望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺钉，前后移动目镜筒钉，前后
5、移动目镜筒）n平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。俯视侧视转动载物台或望远镜调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉3)3)调节望远镜光轴与中心转轴垂直调节望远镜光轴与中心转轴垂直 放置平面镜放置平面镜 拨动拨动游标盘游标盘 调节调节载物盘水平调节螺钉载物盘水平调节螺钉或或望远镜俯仰调节螺钉望远镜俯仰调节螺钉 ABC载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节d调节调节望远镜俯仰调节螺钉望远镜俯仰调节螺钉 调节调节载物盘水平调节螺钉载物盘水平调节螺钉d/24)4)调节平行光管调节平行光管n平行光管由狭缝和准直透镜组成。平行光管由狭缝和准直透
6、镜组成。松开松开狭缝锁紧螺钉狭缝锁紧螺钉前后移动前后移动狭缝狭缝 转动转动狭缝狭缝调节调节平行光管俯仰调节螺钉平行光管俯仰调节螺钉 转动转动狭缝狭缝锁住锁住狭缝锁紧螺钉狭缝锁紧螺钉 狭缝狭缝 锁紧螺钉锁紧螺钉俯仰调节螺钉俯仰调节螺钉3.3.分光计的测量原理分光计的测量原理 平行光管平行光管2 2 望远镜望远镜平行光管平行光管1 1 望远镜望远镜读数方法读数方法主刻度盘主刻度盘游标盘游标盘游标窗口游标窗口233 13 实验原理实验原理xf0屏屏二级谱二级谱一级光谱一级光谱复色光若将平行光垂直照射在光栅上，光栅衍射明若将平行光垂直照射在光栅上，光栅衍射明若将平行光垂直照射在光栅上，光栅衍射明若将平
7、行光垂直照射在光栅上，光栅衍射明 纹的条件是衍射角纹的条件是衍射角纹的条件是衍射角纹的条件是衍射角必须满足光栅方程必须满足光栅方程必须满足光栅方程必须满足光栅方程 式中式中式中式中 称为光栅常数，称为光栅常数，称为光栅常数，称为光栅常数，为每毫米上狭为每毫米上狭为每毫米上狭为每毫米上狭缝数目，缝数目，缝数目，缝数目，为入射光波长，为入射光波长，为入射光波长，为入射光波长，k k为谱线级数，为谱线级数，为谱线级数，为谱线级数，k k为为为为k k级谱线对应的衍射角。若已知级谱线对应的衍射角。若已知级谱线对应的衍射角。若已知级谱线对应的衍射角。若已知 ，并测出衍射，并测出衍射，并测出衍射，并测出衍
8、射角角角角 k k，即可求得光栅常数，即可求得光栅常数，即可求得光栅常数，即可求得光栅常数d=a+bd=a+b。本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光，每一本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光，每一本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光，每一本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光，每一级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。其中级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。其中级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。其中级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。其中有紫、绿、黄有紫、绿、黄有紫、绿、黄有紫、绿、黄1 1、黄、黄、黄、黄2 2四条强线，另一紫是中强线，四条强线，另一紫是中强线，四条强线，另一紫是中强线
9、四条强线，另一紫是中强线，兰是弱线。兰是弱线。兰是弱线。兰是弱线。实验内容实验内容n1、调节分光计、调节分光计n2、用透射光栅测光栅常数：、用透射光栅测光栅常数：测波长测波长 546.1nm546.1nm的绿色谱线的的绿色谱线的的绿色谱线的的绿色谱线的 级之间的夹角级之间的夹角级之间的夹角级之间的夹角 ，求出，求出，求出，求出平均值，代入公式（平均值，代入公式（平均值，代入公式（平均值，代入公式（1 1）求出）求出）求出）求出d d。衍射光谱级次衍射光谱级次-11-22左侧衍射光方左侧衍射光方位角位角右侧衍射光方右侧衍射光方位角位角n 3 3、测角色散率、测角色散率 分别测出双黄线分别测出双
10、黄线 2 2，3 3的衍射角的衍射角 ，计算出它，计算出它们的波长，则们的波长，则波长波长 2 2（2级）2 2（-2级）3 3（2级）3 3（-2级）左侧衍射光方位左侧衍射光方位角角右侧衍射光方位右侧衍射光方位角角数据记录表格：（衍射光谱级次数据记录表格：（衍射光谱级次k=2）数据处理数据处理n按照书上的要求处理实验数据。按照书上的要求处理实验数据。思考题思考题分光计游标盘上为什么要设置两个游标？分光计游标盘上为什么要设置两个游标？分光计游标盘上为什么要设置两个游标？分光计游标盘上为什么要设置两个游标？如果平台上平面镜已平行于分光计中心轴如果平台上平面镜已平行于分光计中心轴如果平台上平面镜已平行于分光计中心轴如果平台上平面镜已平行于分光计中心轴而望远镜光轴没有与分光计中心轴垂直，则而望远镜光轴没有与分光计中心轴垂直，则而望远镜光轴没有与分光计中心轴垂直，则而望远镜光轴没有与分光计中心轴垂直，则平面镜转过平面镜转过平面镜转过平面镜转过180180180180以后，十字窗的反射像与以后，十字窗的反射像与以后，十字窗的反射像与以后，十字窗的反射像与叉丝十字线的偏离有什么规律？叉丝十字线的偏离有什么规律？叉丝十字线的偏离有什么规律？叉丝十字线的偏离有什么规律？
