南昌大学物理实验报告分光计的调节与使用

分光计的调整及光栅常数的测量 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观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。 3学会测定光栅的光栅常数.二 实验仪器 分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等三 实验原理 衍射光栅、光栅常数图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度，b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。 图40-1 图40-2 光栅衍射原理图图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度，b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。2光栅方程、光栅光谱由图40-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为：式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b为光栅常数，若在光栅片上每厘米刻有n条刻痕，则光栅常数cm。j 为衍射角。 当衍射角j 满足光栅方程： ( k =0，1，2) （40-1）时，光会加强。式中l 为单色光波长，k是明条纹级数。图40-3如果光源中包含几种不同波长的复色光，除零级以外，同一级谱线将有不同的衍射角j。因此，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的谱线，称为光栅光谱。相同k值谱线组成的光谱为同一级光谱，于是就有一级光谱、二级光谱之分。图40-3为低压汞灯的衍射光谱示意图，它每一级光谱中有4条特征谱线：紫色l1= 4358nm，绿色l2=5461nm，黄色两条l3= 5770nm和l4=5791nm。四 实验步骤 1 调节分光计（1） 调整望远镜：目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。 调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。 调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180后，另一镜面的反射象仍落在原处。 （2） 调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。 2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。 （1）调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，是镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。 （2）接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光，转动载物台，在望远镜中观察从侧面AC和AB返回的十字象，只调节台下三螺钉，使其反射象都落在上十子线处。 光栅常数与光波波长的测量（1）以绿色光谱线的波长 l = 54607nm为已知。测出其第一级（k = 1）光谱的衍射角j。为了消除分光计的偏心差，应同时读出分光计左、右两游标的读数。对 k = +1时，记下S1、S2；对k = -1时，记下S1、S2。则所测得的j为：重复测量4次,计算d值及其不确定度u（d）。五 数据表格与数据记录绿光次数12由公式分别求出，填入表格中。由公式求得六 小结与讨论（1） 做此实验观察了光栅的衍射光谱，理解了光栅衍射的基本规律，进一步熟悉了分光计的调节与使用，测定了光栅常数。达到了实验的预期要求。（2） 讨论：对于同一光源,分别利用光栅分光和棱镜分光有什么不同? 光栅分光：光波将在每个狭缝处发生衍射，经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉，这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。光栅在使用面积一定的情况下，狭缝数越多，分辨率越高；对于光栅常数一定的光栅，有效使用面积越大，分辨率越高。棱镜分光：棱镜也是分光系统中的一个组成部件，因棱镜色散力随波长不同而变化，所在宽入射角宽