分光計的調(diào)節(jié)與使用 南昌大學 物理實驗.doc

南昌大學物理實驗報告 課程名稱： 普通物理實驗（1） 實驗名稱： 分光計的調(diào)節(jié)與使用 學院： 理學院 專業(yè)班級： 應用物理學152班 學生姓名： 學號： 實驗地點： B311 座位號： 26 實驗時間： 第十四周星期四上午10點開始 一、實驗目的：1、 掌握分光計的調(diào)節(jié)與使用方法。2、 加深對光柵分光原理的理解。3、 用投射光柵測定光柵常量。二、實驗儀器：分光計、平面透射光柵、平面鏡、汞燈。三、實驗原理：1、 分光計的結構和原理分光計主要由三部分：望遠鏡、平行光管和主體（底座、度盤和載物臺）組成，每部分都有特定的調(diào)節(jié)螺絲。附件有小燈泡、小燈泡的低壓電源以及看刻度盤的放大鏡。望遠鏡的目鏡可以將小燈泡的光引入分劃板，當分劃板的位置剛好在望遠鏡的焦平面上時，從載物臺上放置的平面鏡上反射回來的光正好落在分劃板上形成一個清晰的十字象。利用這個原理可以將望遠鏡調(diào)好(出射平行光以及使望遠鏡的主軸與儀器主軸垂直)，當望遠鏡調(diào)好后就可以利用望遠鏡調(diào)節(jié)平行光管，此時就可以進行光線的角度的測量了。如右圖對角度的測量，將望遠鏡左右轉(zhuǎn)動，在載物盤放上可使光線反射或折射的物體，調(diào)至出射光對準目鏡中的豎線，記錄下左、右的數(shù)值1、1 ，撤去物體，如上述調(diào)節(jié)，記錄下2、2 。則 (2-1+2-1)/2 2、 光柵衍射當平行單色光垂直入射光柵其衍射的明條紋滿足光柵方程 （K=0,1,2），當用復色白光垂直入射光柵時，各波長的零級譜線處在同一位置而疊加形成中央明條紋，零級以外的各級譜線，由于不同，依次排開形成光柵光譜（如下圖）。對于綠光，四、實驗內(nèi)容和步驟：1、 分光計調(diào)整。a) 目測粗調(diào)由于望遠鏡的視場角較小，開始一般看不到反射象。因此，先用目視法進行粗調(diào)，使望遠鏡光軸、平臺大致垂直于分光計的轉(zhuǎn)軸。然后打開小燈的電源，放上雙面鏡（為了調(diào)節(jié)方便，應將雙面鏡放置在平臺上任意兩個調(diào)節(jié)螺絲的中垂線上，且鏡面與平臺面基本垂直），轉(zhuǎn)動平臺，使從雙面鏡正、反兩面的反射象都能在望遠鏡中看到。若十字象偏上或偏下，適當調(diào)節(jié)望遠鏡的傾斜度和平臺的底部螺絲，使兩次反射象都能進入望遠鏡中。b) 用自準法望遠鏡調(diào)焦無窮遠經(jīng)目測粗調(diào)，可以在望遠鏡中找到反射的十字象。然后通過調(diào)節(jié)望遠鏡的物鏡和分劃板間的距離，使十字象清晰，并且沒有視差（當左右移動眼睛時，十字象與分劃板上的叉絲無相對移動），說明望遠鏡已經(jīng)聚焦到無窮遠處，既平行光聚焦于分劃板的平面上。c) 望遠鏡、準直管主軸均垂直于儀器主軸利用自準法可以分別觀察到兩個亮十字的反射象。如果望遠鏡光軸與分光計的中心軸相垂直，而平面鏡反射面又與中心軸平行，則轉(zhuǎn)動載物平臺時，從望遠鏡中可以兩次觀察到由平面鏡前后兩個面反射回來的亮十字象與分劃板準線上部十字線完全重和。如果不重合，而是一個偏低，一個偏高，可以通過半調(diào)整法來解決，即先調(diào)節(jié)望遠鏡的高低，使亮十字象與分劃板準線上部十字線的距離為原來的一半，再調(diào)節(jié)載物平臺下的水平調(diào)節(jié)螺絲，消除另一半距離，使亮十字象與分劃板準線上部十字線完全重和。將載物平臺旋轉(zhuǎn)180度，使望遠鏡對著平面鏡的另一面，采用同樣的方法調(diào)節(jié)，如此反復調(diào)整，直至從平面鏡兩表面反射回來的亮十字象與分劃板準線上部十字線完全重和為止。d) 準直管（平行光管）發(fā)出平行光用已調(diào)好的望遠鏡作為基準，正對平行光管觀察，并調(diào)節(jié)平行光管狹縫與透鏡的距離，使望遠鏡中能看到清晰的狹縫象，且象與叉絲無視差。這時平行光管發(fā)出的光既為平行光，然后調(diào)節(jié)平行光管的斜度螺絲，使狹縫居中，上下對稱，即平行光管光軸與望遠鏡光軸重合，都垂直于儀器轉(zhuǎn)軸。2、 光柵位置的調(diào)節(jié)a) 分光計調(diào)節(jié)好后可將光柵按雙面鏡的位置放好，適當調(diào)節(jié)使從光柵面反射回來的亮十字象與分劃板準線上部十字線完全重和。b) 從中央條紋（即零級譜線）左側(cè)起沿一個方向向左移動望遠鏡，使望遠鏡中的叉絲依次與第一級衍射光譜中的綠線相重合，記下對應位置的讀數(shù)，再移動望遠鏡，越過中央條紋，依次記錄左側(cè)第一級、第二級衍射光譜中的綠線位置對應的讀數(shù)，再記錄下右側(cè)第一級、第二級衍射光譜中的綠線位置對應的讀數(shù)。五、實驗數(shù)據(jù)與處理：衍射光譜級次（k）-11-22左側(cè)衍射光角坐標左19706178162064216806左側(cè)衍射光角坐標右1303358222641348362左K=| -左i-左i|185038362右K=| -右i-右i|184138052K=2左K+2右K218463820K=2K29231910SinK0.1490.296di=kSinK (um)3.6653.690d (um)3.678dA=(d-di)2i-1=0.018 um , 儀=0.001 umd=dA2+ 儀2=0.018 umd= (3.6780.018) um 六、誤差分析：1、 使用分光計測量，若是分光計的調(diào)節(jié)未調(diào)節(jié)好，會造成較大誤差；2、 讀數(shù)時有人為的誤差。3、 測量次數(shù)較少。七、思考題：1、 分光計是一種光學儀器，它由哪四個主要組成部分及其功能。答：a. 能產(chǎn)生平行光的平行光管；b. 能接受平行光的望遠鏡；c. 能承載光學元件的小平臺；d. 可與望遠鏡連結在一起的刻度盤，用于讀數(shù)。2、 什么叫分光計的偏心差？采用雙游標讀數(shù)為什么能消除偏心差？答：由于儀器軸承不能讓轉(zhuǎn)盤和軸嚴格同心，當存在偏心情況時，單用一個游標度數(shù)會導致偏心帶來的誤差，也就是偏心差。這時候和該游標對稱的另外一個游標也會出現(xiàn)同樣大小的偏心差，而且兩個誤差方向相反，兩個度數(shù)相加抵消掉偏心差。3、 應用公式測量時應保證什么條件？實驗時是如何保證這些條件得到滿足的？答：應保證平行光垂直照射在光柵上。實驗中通過檢查0級譜線和光柵面反射的綠十字像的位置檢查條件是否滿足0級譜線應與豎叉絲重合，且被測量用（中叉