分光计的调节与使用 南昌大学 物理实验 - 图文

南昌大学物理实验报告

课程名称： 普通物理实验（1）

实验名称： 分光计的调节与使用

学院： 理学院 专业班级： 应用物理学152班

学生姓名：学号：

实验地点： B311 座位号： 26

实验时间： 第十四周星期四上午10点开始

一、实验目的： 1、 掌握分光计的调节与使用方法。 2、 加深对光栅分光原理的理解。 3、 用投射光栅测定光栅常量。 二、实验仪器： 分光计、平面透射光栅、平面镜、汞灯。 三、实验原理： 1、 分光计的结构和原理 分光计主要由三部分：望远镜、平行光管和主体（底座、度盘和载物台）组成，每部分都有特定的调节螺丝。附件有小灯泡、小灯泡的低压电源以及看刻度盘的放大镜。 望远镜的目镜可以将小灯泡的光引入分划板，当分划板的位置刚好在望远镜的焦平面上时，从载物台上放置的平面镜上反射回来的光正好落在分划板上形成一个清晰的十字象。利用这个原理可以将望远镜调好(出射平行光以及使望远镜的主轴与仪器主轴垂直)，当望远镜调好后就可以利用望远镜调节平行光管，此时就可以进行光线的角度的测量了。 如右图对角度δ的测量，将望远镜左右转动，在载物盘放上可使光线反射或折射的物体，调至出射光对准目镜中的竖线，记录下左、右的数值α1、β1 ，撤去物体，如上述调节，记录下α2、β2 。则 δ ＝(?α2-α1?+?β2-β1?)/2 2、 光栅衍射 当平行单色光垂直入射光栅其衍射的明条纹满足光栅方程 dsin???K? （K=0,1,2…），当用复色白光垂直入射光栅时，各波长的零级谱线处在同一位置而叠加形成中央明条纹，零级以外的各级谱线，由于θ不同，依次排开形成光栅光谱（如下图）。 对于绿光，dsin?GK??K?G，?G?546.07nm

四、实验内容和步骤： 1、 分光计调整。 a) 目测粗调 由于望远镜的视场角较小，开始一般看不到反射象。因此，先用目视法进行粗调，使望远镜光轴、平台大致垂直于分光计的转轴。然后打开小灯的电源，放上双面镜（为了调节方便，应将双面镜放置在平台上任意两个调节螺丝的中垂线上，且镜面与平台面基本垂直），转动平台，使从双面镜正、反两面的反射象都能在望远镜中看到。若十字象偏上或偏下，适当调节望远镜的倾斜度和平台的底部螺丝，使两次反射象都能进入望远镜中。 b) 用自准法望远镜调焦无穷远 经目测粗调，可以在望远镜中找到反射的十字象。然后通过调节望远镜的物镜和分划板间的距离，使十字象清晰，并且没有视差（当左右移动眼睛时，十字象与分划板上的叉丝无相对移动），说明望远镜已经聚焦到无穷远处，既平行光聚焦于分划板的平面上。 c) 望远镜、准直管主轴均垂直于仪器主轴 利用自准法可以分别观察到两个亮十字的反射象。如果望远镜光轴与分光计的中心轴相垂直，而平面镜反射面又与中心轴平行，则转动载物平台时，从望远镜中可以两次观察到由平面镜前后两个面反射回来的亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和。如果不重合，而是一个偏低，一个偏高，可以通过半调整法来解决，即先调节望远镜的高低，使亮十字象与分划板准线上部十字线的距离为原来的一半，再调节载物平台下的水平调节螺丝，消除另一半距离，使亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和。将载物平台旋转180度，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节，如此反复调整，直至从平面镜两表面反射回来的亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和为止。 d) 准直管（平行光管）发出平行光 用已调好的望远镜作为基准，正对平行光管观察，并调节平行光管狭缝与透镜的距离，使望远镜中能看到清晰的狭缝象，且象与叉丝无视差。这时平行光管发出的光既为平行光，然后调节平行光管的斜度螺丝，使狭缝居中，上下对称，即平行光管光轴与望远镜光轴重合，都垂直于仪器转轴。 2、 光栅位置的调节 a) 分光计调节好后可将光栅按双面镜的位置放好，适当调节使从光栅面反射回来的亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和。 b) 从中央条纹（即零级谱线）左侧起沿一个方向向左移动望远镜，使望远镜中的叉丝依次与第一级衍射光谱中的绿线相重合，记下对应位置的读数，再移动望远镜，越过中央条纹，依次记录左侧第一级、第二级衍射光谱中的绿线位置对应的读数，再记录下右侧第一级、第二级衍射光谱中的绿线位置对应的读数。 五、实验数据与处理： ??546.07nm 衍射光谱级次（k） -1 1 -2 2 左侧衍射光角坐标??左 197°06’ 178°16’ 206°42’ 168°06’ 左侧衍射光角坐标??右 13°03 358°22’ 26°41’ 348°36’ 38°36’ 38°????’ 38°????’

2??左??=|???左??-??左??| 2??右??=|???右??-??右??| 2????= + 2??左2??右??????18°????’ 18°????’ 18°????’

????=????2?????? 9°????’ 0.149 3.665 3.678 19°????’ 0.296 3.690 Sin???? ????=???????? (um) ??(um) ?? ???????= (???????)???????=0.018 um , ?仪=0.001 um ???????= ?????????+?仪=0.018 um ????= (3.678±0.018) um 六、误差分析： 1、 使用分光计测量，若是分光计的调节未调节好，会造成较大误差； 2、 读数时有人为的误差。 3、 测量次数较少。 七、思考题： 1、 分光计是一种光学仪器，它由哪四个主要组成部分及其功能。 答： a. 能产生平行光的平行光管； b. 能接受平行光的望远镜； c. 能承载光学元件的小平台； d. 可与望远镜连结在一起的刻度盘，用于读数。 2、 什么叫分光计的偏心差？采用双游标读数为什么能消除偏心差？ 答： 由于仪器轴承不能让转盘和轴严格同心，当存在偏心情况时，单用一个游标度数会导致偏心带来的误差，也就是偏心差。这时候和该游标对称的另外一个游标也会出现同样大小的偏心差，而且两个误差方向相反，两个度数相加抵消掉偏心差。 3、 应用公式dsin???K?测量时应保证什么条件？实验时是如何保证这些条件得到满足的？ 答： 应保证平行光垂直照射在光栅上。实验中通过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满足0级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用（中叉丝）的水平叉丝平分。光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝（上叉丝）重合。 4、 如果用钠灯作光源，观察钠黄灯的谱线时，为什么每一级都可以看到两条谱线？ 钠灯发射波长主要是589.0nm和589.6nm，两者都是黄光，与钠原子自身性质有关。 八、附上原始数据：