實驗報告分光計

1、實驗四分光計得調(diào)整及光柵常數(shù)得測定分光計作為基本得光學儀器之一, 它就是精確測定光線偏轉(zhuǎn)角得儀器, 也稱之為測角儀。光學中很多基本量(如反射角、折射角、衍射角等)都可以由它直接測量。因此，可以應用它測定物質(zhì)得有關常數(shù)(如折射率、光柵常數(shù)、光波波長等), 或研究物質(zhì)得光學特性(如光譜分析) 。應用分光計必須經(jīng)過一系列仔細得調(diào)整，才能得到準確得結果。因此, 在學習使用過程中 , 要做到嚴謹、細致 , 才能正確掌握?！緦嶒災康谩?。了解分光計構造得基本原理。2學習分光計得調(diào)整技術 , 掌握分光計得正確使用方法 . 。利用分光計測定光柵常數(shù)。【實驗原理】1分光計光線入射到光學元件上, 由于反射或折射等作

2、用, 使光線產(chǎn)生偏離，分光計就就是用來測量入射光與出射光之間偏離角度得一種儀器。要測定此角，必須滿足兩個條件: 入射光與出射光均為平行光； 入射光、出射光以及反射面或折射面得法線都與分光計得刻度盤平行.為此 , 分光計上裝有能造成平行光得平行光管、觀察平行光得望遠鏡及放置光學元件得載物臺 , 它們都裝有調(diào)節(jié)水平得螺釘。為了讀出測量時望遠鏡轉(zhuǎn)過得角度, 配有與望遠鏡連接在一起得刻度盤，如圖4 1所示。各部分別介紹如下： 讀數(shù)裝置。在底座9得中央固定一中心軸, 度盤與游標盤21 套在中心軸上，可以繞中心軸旋轉(zhuǎn); 度盤下端有軸承支撐, 使旋轉(zhuǎn)輕便靈活; 度盤上得刻線把360圓周角分成720 等份，每

3、份為 30。同一直徑方向兩端各有一個游標讀數(shù)裝置, 測量時 , 對望遠鏡得兩個位置中每一位置都讀出兩個數(shù)值, 然后對同側得差值讀數(shù)取平均值, 這樣可以消除因偏心引起得誤差（見本實驗參考資料) 。 平行光管。立柱2 固定在底座上，平行光管安裝在立柱上, 平行光管得光軸位置可以通過立柱上得調(diào)節(jié)螺釘26 、 7分別進行左右、水平微調(diào),平行光管有一狹縫裝置1。旋松螺釘 ,轉(zhuǎn)動裝有狹縫得內(nèi)套筒使狹縫成嚴格得垂直狀，前后移動內(nèi)套筒, 使狹縫嚴格地處在透鏡焦平面上, 則平行光管發(fā)出狹縫平行光。狹縫得寬度可在0、02 2 、0 mm 內(nèi)由螺釘 28 調(diào)節(jié)，一般在教師指導下調(diào)節(jié).分劃線十字叉絲圖- 圖4-1 J

4、JY 型 1分光計圖 4 3 分劃板視望遠鏡結構場 望遠鏡。阿貝自準直望遠鏡 8安裝在支臂上, 支臂與轉(zhuǎn)座 20 固定在一起并套在度盤上。當松開制動螺釘16 時，轉(zhuǎn)座與度盤可以相對轉(zhuǎn)動，當旋緊此制動螺釘, 轉(zhuǎn)座與度盤一起旋轉(zhuǎn) . 旋緊制動架 18 與底座上得制動螺釘17 時，借助于此制動架末端上得調(diào)節(jié)螺釘可以對望遠鏡進行左右轉(zhuǎn)動微調(diào). 望遠鏡得光軸位置, 可以通過螺釘12 、 1分別進行水平、左右微調(diào) .阿貝自準直望遠鏡內(nèi)部結構如圖12 所示， 從目鏡所見分劃板視場如圖4 3. 旋目鏡調(diào)焦手輪 11 ，使目鏡中能十分清晰地瞧到分劃板上得分劃線. 旋松螺釘 9 ，轉(zhuǎn)動目鏡組0 使分劃線成水平狀。

5、前后移動目鏡組，使分劃板處在物鏡得焦平面上, 則亮十字經(jīng)物鏡發(fā)出得光為平行光，當它被反射回望遠鏡時，將在分劃板上成清晰得亮十字像, 且與實物亮十字無視差。 載物臺。載物臺 5套在游標盤上,可繞中心軸旋轉(zhuǎn)， 旋緊載物臺鎖緊螺釘7 與制動架 4 與游標盤得制動螺釘5時 , 借助于立柱得調(diào)節(jié)螺釘 24 可以對載物臺進行微調(diào)。 放松載物臺鎖緊螺釘時 , 載物臺可根據(jù)需要升高或降低。調(diào)到所需位置后 , 再把鎖緊螺釘鎖緊 .載物臺有三只調(diào)平螺釘6, 可用來調(diào)節(jié)載物臺面 ,使之與旋轉(zhuǎn)主軸垂直。照明 . 外接 6 、3V 電源，插頭插圖 4-4衍射光柵在底座得插座上， 經(jīng)導電環(huán)通到轉(zhuǎn)座得插座上,望遠鏡系統(tǒng)得照

6、明器插頭與之相接, 這樣可以避免望遠鏡系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時電線拖動。光柵光柵就是由許多等寬度a（透光部分） 、等間距 b( 不透光部分 )得平行縫組成得一種分光元件。當波長為 得單色光垂直照射在光柵面上時，則透過各狹縫得光線因衍射將向各方向傳播，經(jīng)透鏡會聚后相互干涉 , 并在透鏡焦平面上形成一系列間距不同得明條紋。根據(jù)夫瑯與費衍射理論 , 衍射光譜中明條紋得位置由下式?jīng)Q定：(a+ ） sin k =k （ k=0, 1,2, ）(4-1)式中 a+ =d 稱為光柵常數(shù)，k為光譜級數(shù)，k 為第 k級譜線得衍射角。見圖4 4 ， k= 對應于 =0 ，稱為中央明條紋, 其它級數(shù)得譜線對稱分布在零級譜線得兩側

7、。如果入射光不就是單色光 , 則由式 (4-1 ）可知， 不同 , k 也各不相同，于就是將復色光分解。而在中央 k 0, k =0 處，各色光仍然重疊在一起，組成中央明條紋。在中央明條紋兩側對稱地分布 k=1 ， , 級光譜線 , 各級譜線都按波長由小到大，依次排列成一組彩色譜線, 如圖 5 所示。根據(jù)式（ -1) ，如能測出各種波長譜線得衍射角 k ，則從已知波長 得大小，可以算出光柵常數(shù) d ；反之 , 已知光柵常數(shù) d, 則可以算出波長 【實驗儀器】分光計 , 鈉光燈，雙平面鏡，光柵?！咀⒁馐马棥?. 移動望遠鏡時，只能推動立柱 1 , 不允許搬動鏡筒及目鏡。2。取放雙面鏡及光柵時只能

8、拿邊緣， 不許觸摸表面，且嚴防失手摔碎; 不許擦拭光柵 . . 狹縫寬度要在教師指導下緩慢調(diào)節(jié)?！緦嶒灢襟E】1 。首先 , 檢查儀器及用具就是否齊全、 完好 , 然后將鈉燈電源插頭插于墻上, 打開鈉光燈預熱。打開6V變壓器開關。2 。目鏡得調(diào)焦: 轉(zhuǎn)動接目鏡調(diào)焦手輪11 直至視場中分劃線清晰。圖 4-5光柵衍射譜。望遠鏡調(diào)焦 : 取出雙平面鏡 , 扣在望遠鏡得前端 , 即使平面鏡平面與望遠鏡光軸垂直 . 從目鏡中觀察 , 可以瞧到一亮斑，旋松螺釘 9, 前后微動目鏡組 , 對望遠鏡進行調(diào)焦 , 使亮斑成為清晰得十字像 , 旋緊螺釘9 。4。調(diào)整望遠鏡光軸、載物臺平面垂直于旋轉(zhuǎn)主軸: 粗調(diào) :

9、調(diào)節(jié)載物臺 a 、b 、 c三只螺釘使兩圓盤夾縫處螺釘螺紋數(shù)大致相等（個螺紋數(shù)最佳）; 調(diào)節(jié)目鏡下方螺釘12 使望遠鏡大致水平。 細調(diào)：把雙平面鏡按圖所示方位放置于載物臺上，左手使灰臺板左右小角度轉(zhuǎn)動 , 使平面鏡平面與望遠鏡光軸有橫向垂直機會，眼瞧目鏡 , 同時用右手調(diào)節(jié)望遠鏡水平調(diào)節(jié)螺釘1 ( 尋找縱向垂直機會)至視場中出現(xiàn)亮十字像, 并調(diào) 2 使十字像處于圖43 所示位置（實際操作中可簡化為十字像橫與分劃線重與 ) 轉(zhuǎn)動灰臺板使雙平面鏡轉(zhuǎn)到反面，用手小角度左右轉(zhuǎn)動 , 尋找反面垂直機會 , 若無十字像出現(xiàn) , 立即把平面鏡轉(zhuǎn)回正面。觀察望遠鏡狀態(tài) , 瞧目鏡一端就是向上還就是向下傾斜？判

10、斷后 , 調(diào)節(jié)螺釘 12 校正望遠鏡水平 ,此時，視場中十字像偏離了分劃線（注意: 上 - 不可出視場 ; 下 - 不過橫叉絲 )，調(diào)節(jié)載物臺螺釘 a, 使亮十字像回到分劃線, 經(jīng)過一次或多次判斷、調(diào)節(jié)，反面視場中定會瞧到十字像。但此時反面十字像橫與分劃線不重與。調(diào)節(jié)螺釘12 使十字像向分劃線趨近一半, 再調(diào)節(jié)載物臺螺釘 b 使二者重合（以下稱一半一半法 ); 轉(zhuǎn)回正面，十字像橫與分劃線又不重與了 , 調(diào)螺釘 12 使十字像向分劃線趨近一半，再調(diào)節(jié)螺釘a使二者重合。這樣反復多次一半一半 地調(diào)節(jié) , 就會使得兩面得十字像橫均與分劃線重合，望遠鏡光軸與旋轉(zhuǎn)主軸垂直了,但此時載物臺平面不一定與旋轉(zhuǎn)主

11、軸垂直, 這就是由于兩條直線確定一個平面. 以上僅調(diào)了一條直線 ,即、 b螺釘頂端所在得直線。這時可把雙面鏡按圖4- 7所示放置，調(diào)節(jié)螺釘(此時不能再動螺釘、b 、12 ）使雙面鏡正面對應十字像橫與分劃線重合, 這時載物臺平面與旋轉(zhuǎn)主軸垂直了。圖4-6雙面鏡初放置圖 4雙面鏡轉(zhuǎn)置5。調(diào)節(jié)分劃板成水平與豎直當載物臺連同雙平面鏡相對望遠鏡旋轉(zhuǎn)時觀察，如果分劃線與亮十字得移動方向不平行, 就要轉(zhuǎn)動目鏡組, 使亮十字得移動方向與分劃線平行. 注意，此時不可破壞望遠鏡得調(diào)焦，然后將目鏡得鎖緊螺釘旋緊。6. 平行光管得調(diào)焦首先關掉望遠鏡目鏡照明器上得光源, 拿走載物臺上得雙平面鏡。打開狹縫 28, 用漫反

12、射光照明狹縫, 前后移動狹縫裝置 1, 使狹縫清晰地成像在望遠鏡分劃板平面上。然后把平行光管光軸左右調(diào)整螺釘26 調(diào)到適中位置 , 并調(diào)節(jié)望遠鏡光軸左右調(diào)整螺釘與平行光管水平調(diào)整螺釘27 ，使狹縫位于視場中心。最后，旋轉(zhuǎn)狹縫裝置,使狹縫與目鏡分劃板得叉絲豎線平行, 注意不要破壞平行光管得調(diào)焦, 然后將狹縫裝置鎖緊螺釘旋緊。表4 1次數(shù)目鏡豎絲位置左端刻度盤讀數(shù)右端刻度盤讀數(shù)1左一級12右一級12左一級右一級左一級3右一級。用鈉黃光 ( =589 、3 m ）測衍射角 :將平行光管正對鈉光燈, 并將光柵放在載物臺上使其與平行光管光軸垂直，觀察其零級及一級衍射條紋, 可以瞧到一級衍射條紋就是兩條靠得很近得譜線(589 、0nm 與589 、 m ）, =58 、 3nm 就是它們得波長得平均值。分別測定左一級、 右一級衍射條紋左、右兩端刻度盤得讀數(shù), 重復測量三次, 并記錄在表 4-1 中。圖 12 8角游標讀數(shù)練習圖 2- 偏心差原理如此，得本光柵對鈉黃光得一級衍射角為( )求得此光柵衍射得一級衍射角得三次測量得平均值, 取B= 度，求測量結果得不確定度 1，并由求得光柵常數(shù)，由1利用不確定度傳遞公式(4 3)求得d, 則光柵常數(shù) =d 。* 注意 要化為弧度?！舅伎碱}】、應用分光計進行測量之前, 應調(diào)節(jié)到何種狀態(tài)?2、