实验七 用分光计测光栅常数和光波的波长

时间:2024.3.27

实验七  用分光计测光栅常数和光波的波长

【实验目的】

1.  熟悉分光计的操作

2.  用已知波长光光栅常数

3.  用测出的光栅常数测某一谱线的波长

【实验仪器】

分光计及附件一套,汞灯关源;光栅一片

【实验原理】

本实验是利用全息光栅进行测量,光源采用GD20低压汞灯,它点燃之后能发生较强的特性光谱线,在可见区辐射的光谱波长分别为5790A0,5770 A0,5461 A0,4358 A0,4047 A0

根据夫琅和费衍射原理,每一单色平行光垂直投射到光栅平面上,被衍射,亮纹条件为:

dsinθ=Kλ       (K=0,  ±1,   ±2, ±3,······)

d-----光栅常数       θ-----衍射角       λ-------单色光波长

由于汞灯产生不同的单色光,每一单色光有一定的波长,因此在同级亮纹时,各色光的衍射角θ是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹,按波长不同进行排列,通过分光计观察时如(图8-3)所示。

这样,若对某一谱线进行观察(例如黄光λy=5790 A0)对准该谱线的某级亮纹(例如

K=±1)时,求出其平均的衍射角θy ,代入公式就可求光栅常数d,然后可与标准比较。本实验采用d=1/1000厘米的光栅。相反,若将所求得的光栅常数d,并对绿光进行观察,求出某级亮纹(如K=±1)的平均衍射角θy ,代入公式,又可求出λg  。同理,可以同级亮纹或不同亮纹的其他谱线进行观察和计算。

【实验步骤】

(实验之前请先看实验七附录)

1、              先进行目镜和望远镜的调焦;

2、              调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴;

3、              平行光管的调焦;

4、              调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴;

5、              将平行光管狭缝调成垂直;(1-5安装时已基本调好)

6、              调节光栅平面,使光栅与转轴平行,且光栅平面垂直于平行光管。

调节方法:先开汞灯光源,把平行光管的狭缝照亮,把望远镜叉丝对准狭缝象,固定望远镜的锁紧螺钉。关掉汞灯光源,开亮望远镜的照明光源,再把光栅放置在载物平台上,并使之固定(夹紧)其位置以三只调平螺钉为准如(图8-4)所示。

尽可能做到光栅平面垂直平分B、C,然后转动读数圆盘,若已锁紧,须放松螺钉(20)再调节B、C下面的螺钉,直到望远镜中从光栅平面反射回来的亮十字象和叉丝重合,既可固定圆盘,锁紧螺钉(20)

7、              调节光栅,使其刻痕与转轴平行。光栅平面虽然平行转轴,但刻痕不一定平行转轴,调节方法是点亮汞灯,让望远镜对各条谱线进行初步观察,同时调节A下面的螺钉(B、C不能动)使叉丝垂直与谱线平行。调好之后,关掉汞灯,回头检查步骤(6)是否有变动,这样反复多次调节,直至(6、7)两个要求同时满足为止。

8、    测光栅常数d:先对准中央亮纹,在刻度盘上读出二个数字θ左和θ右取其平均值,作为该位置的相对角度θ0 。然后分别对K=±1时黄光谱线进行观察,(λy=5790 A0),并分别求出K=±1时黄光的衍射角,一般应相差不超过几分,如相差太大,就是(6、7)未调好,这两个读数的平均值就是θy ,代入公式dsinθ=λ,即可求得d。

(见实验报告)

9、              测绿光的波长入g :类似上一步骤,对准绿光,测出K=±1的谱线的衍射角的平均值θy ,用自己求出的光栅常数,代入公式dsinθ=λ,即可求λ

10、       数据处理:将上面二个步骤所得的数据,填写好实验报告,并进行计算。

实验七附录    分光计的使用

一 、用途:

分光计是一种分光测角光学实验仪器、可以利用光的反射击队、折射、衍射、干涉和偏振原理进行各项实验。例如:

1、              利用光的反射原理测量棱镜的角度;

2、              利用光的折射原理测量棱镜的最小偏向角,从而计算棱镜玻璃的折射率等;

3、              和光栅配合作光的衍射实验,测量光波波长等。

4、              和偏振片、波片配合,作光的偏振实验等。

二、JJY型1  分光计的主要技术性能及规格

1.              光学参数

平行光管及望远镜系统的物镜

焦距:170mm;通光口径:φ22mm;视场:3022

望远镜系统目镜焦距:24.3mm。

2.      刻度盘

直径:φ178mm:刻度范围:0-3600:刻度格值:0.50

游标读数示值:1

3.              附件:

① 三棱镜(棱角600±5′)(材料ZFI   ND=106475)

②         光学平行平板(校正平台之用)

③         变压器6.3V/220V容量3VA(望远镜、放大镜之用)

④         手持照明放大镜

⑤         平面全息光栅3000条/cm

三、仪器结构

见图7f-1

图7f-1  分光计

四、仪器的调整

1.         目镜的调焦

目的是使眼睛通过目镜能清楚地看到目镜中分划上的刻线。调焦方法是先把目镜调焦手轮(15)旋出,然后一边旋进,一边从目镜中观察,反复调节直至分划板刻线成象清晰为止。

1.         望远镜的调焦

目的将目镜分划板上的十字线调整目镜的焦平面上,调整方法:① 接上目镜照明灯源。②把望远镜光轴位置调节螺丝(17、18)调节到适中的位置。③在载物台的中央放上平行平板(反射镜),其反射面对看望远镜,且与望远镜光轴大致垂直。④通过调节载物台下面三只调平螺丝(9)并转动载物台(注意!转动载物台(11)通过转动刻度盘(19)进行,此时需松开(20),使望远镜的反射象大致与望远镜在一直线上。⑤从目镜中观察,此时可以看到一亮斑。再移动目镜(不是调焦手轮,松开(14))对望远镜进行调整,使十字线成清晰的象(看到图示7f-2)。并反复调节三只调平螺丝,把这个亮十字(绿色)调节到与分划板上方的十字线重合,尽量使十字线和亮十字无视差重合。

2.         调节望远镜的光轴垂直于旋转主轴

①         在望远镜的调焦基础上,对准平行平板,精确地调节螺丝(17),以达到亮十字(绿色)与十字线重合,然后锁紧螺丝(21)

②         把游标盘连同载物台和平行板旋转1800,再观察亮十字的位置,可能与十字线偏高偏低或偏左偏右。然后调节载物台三只螺丝,使位移减少一半,再转1800调节,必要时再配合调整上下调节螺丝(17)、反复旋转调节直至垂直方向位移完全消除。

3.         将分划板十字线调成水平

通过目镜观察,旋转游标盘连同载物台,观察亮十字的水平移动时,与分划板的水平线是否平行,如不平行,可转动目镜,注意不要破坏调焦。调完之后,将螺钉(14)锁紧。

4.         平行光管的调焦

目的是把狭缝调整到物镜的焦平面上,也就是平行光管对无穷调焦。

①       掉望远镜照明光源,打开狭缝,用漫射光照狭缝(先了解狭缝的大小调节情况。

②       在平行光管物镜前放上白纸,开亮光源,并调节光源位置,使在整个物镜孔径上照明均匀。(可旋转狭缝观察,最后作水平放置)

③       用望远镜对准平行光管,并调节螺丝(7)和(4),将平行光管左右上下调节,使狭缝位于望远镜视场中心。

④       前后移动狭缝机构(松开(2)),使狭缝清晰成象在望远镜分划板平面上,注意不破坏望远镜的调节,只能调节望远镜的微调机构。

⑤       松开螺丝(21)让望远镜水平转动观察,并对平行光管进行上下调节,使狭缝在目镜视场中心,旋转狭缝机构,使狭缝象与目镜分划板的垂直刻线平行,不要移动狭缝。

⑥       调节狭缝的大小,使狭缝出现在视场中心,又十分清晰,然后锁紧螺钉(2)和望远镜的锁紧螺钉(21)。此时,望远镜、平行光管已水平且成一直线,处于校正状态。


第二篇:分光计


三棱镜折射率的测定

论文摘要:分光计是用来测量角度的光学仪器, 用它可以测量折射率.色散本领.光波波长.光栅常数等物理量.由于其结构的复杂性,使用前的调节相对困难.但是只要了解其基本结构和测量光路,严格按调节要求和步骤仔细的调节,也不难调好.通过正确的测量方法即可准确的测量出三棱镜折射率

关键词:分光计. 调节. 三棱镜色散

引言:

分光计(光学测角仪)是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种仪器.用它可以测量折射率.色散本领.光波波长.光栅常数等物理量.分光计的结构复杂,装置精密,调节要求也比较高,对初学者来说会有一定困难.但是只要了解其基本结构和测量光路,严格按调节要求和步骤仔细的调节,也不难调好.分光计的结构又是其他许多光学仪器(如摄谱仪,单色仪,分光光度计等)的基础

正文

1实验过程

1.1实验目的

掌握分光计的结构,训练分光计的调整技术和技巧, 熟悉用最小偏向角法测定物质折射率

1.2实验原理

1、 分光计的结构.

分光计是用来测量角度的光学仪器.要测量准入射光和出射光传播方向之间的角度,根据反射定律,折射定律及透射式光栅形成衍射条纹的条件,分光计必须满足以下两个条件: 〈1〉入射光和出射光应当是平行光; 〈2〉入射光线,出射光线及反射面的法线所构成的平面应当与分光计的刻度盘平行.

2、分光计的测量方法. 〈1〉分光计测角度(两条光线的夹角)的方法 测量时,游标盘固定,望远镜带动刻度盘一起转动,刻度盘与游标盘之间相对运动的角度即为望远镜转过的角度。望远镜通常先对准某条光线(如入射光),转动后对准另一条光线(如折射光),望远镜转过的角度既是这两条光线之间的夹角.〈3〉注意事项: 1〉 刻度盘上最小刻度为30度,测量时看清游标零刻度线是否越过刻度盘上30度刻度线。 2〉 在计算望远镜转过的角度时,要注意游标是否经过了刻度盘的0度或360度刻度线。若越过,则对旋转角度的计算公式应予以修正(思考如何修正)

3、 分光计的调节方法 〈1〉调节要求: 三垂直——望远镜轴线垂直中心转轴;载物平台垂直中心转轴;平行光管轴线垂直中心转. 〈2〉调节步骤: 目测粗调=>望远镜调节=>望远镜轴线及平台与中心转轴垂直=>平行光管轴线与中心转轴垂直=>读数系统调节

(1)目测粗调

调节方法: 调节望远镜的仰角调节螺丝和载物平台下的三个调节螺丝,使望远镜和平台基本水平。 调节要求: 1).将双面反射镜放在载物平台上,与望远镜筒垂直,视场中能看到十字光标和它 平面镜反射回来的光斑。 2).将平台转过180度,视场中仍能看到十字光标反射回来的光斑。 注意事项: 望远镜的仰角调节螺丝和载物平台下的三个调节螺丝都应为后面细调预留调节余度,即不能将它们拧到极限位置。

(2)望远镜调节

目镜调焦:其目的是使眼睛通过目镜能清晰地看到分划板上的叉丝刻线和十字光标。

方法:

1)转动目镜调焦手轮。

2)调整分划板叉丝刻线的方向。使叉丝刻线水平或竖直。方法:松开目镜套筒锁定螺丝,旋转目镜套筒。

物镜调焦:其目的是将分划板上十字光标调整到焦平面上,即望远镜对无穷远聚焦。 方法:

前后移动目镜套筒,使绿十字光标成像清晰,然后拧紧锁定螺丝。

4、物镜调焦原理

分划板固定在目镜套筒中,分划板上刻有透明十字线,利用小电珠照明使它成为发光体(十字光标)。当伸缩目镜套筒,使分化板位于物镜焦平面上时,十字光标经物镜后成为平行光。该平行光经反射镜反射后,依然为平行光,再经物镜会聚于焦平面(分划板平面),形成十字光标的像。 望远镜轴线及平台与中心转轴垂直 调节步骤

1〉将双面反射镜放在载物台上,使镜面处于任意两个载物台调平螺丝的连线上。并使之正对望远镜。

2〉用半趋法调节螺丝a和望远镜的仰角螺丝,使十字光标通过反射镜成的像与分划板的上十字线重合。

3〉使载物台(连同底座)转动180o,同样用半趋法调节螺丝a和望远镜的倾斜度螺丝,使十字光标通过反射镜另一面成的像也与分划板的上十字线重合。

4〉重复3,直至双面反射镜的任一面都能使十字光标像调节到位。至此以后,不再碰动螺丝a和望远镜的仰角螺丝。

5〉将反射镜放在螺丝b和螺丝c连线之中垂线上,将载物台(连同底座)旋转90o,使平面镜正对望远镜。

6〉用半趋法调节螺丝b和螺丝c,使十字光标像与分划板的上十字线重合。

7〉使载物台(连同底座)转动180o,重复6。

8〉重复7,直至双面反射镜的任一面都能使十字光标像调节到位。至此以后,不再碰动螺丝b和螺丝c。

5、平行光管轴线与中心转轴垂直 调节步骤

〈1〉取走反射镜,将已调节好的望远镜正对着平行光管,打开钠灯,照亮狭缝。 〈2〉松开狭缝套筒锁定螺丝,调节狭缝套筒前后位置,使望远镜视场中能看到清晰的狭缝像。 〈3〉旋转狭缝套筒调节狭缝方向,使狭缝像与望远镜分划板水平叉丝平行。调节平行光管仰角螺丝,使狭缝像与分划板中间水平叉丝重合。至此以后,不再碰动平行光管仰角螺丝。 〈4〉调节狭缝的粗细调节旋钮,使缝宽适当。一般狭缝较细测量才能准确。

6、读数系统调节 调节步骤

〈1〉将狭缝转为竖直方向,转动望远镜,使望远镜竖直叉丝对准入射光(狭缝像),然后将望远镜用止动螺丝固定。

〈2〉将游标置于一左一右,用游标止动螺丝固定。

〈3〉松开望远镜与刻度盘的锁定螺丝,转动刻度盘,使左右两个游标0刻度分别对准90o和270o。立刻将望远镜与刻度盘的锁定在一起。

〈4〉松开望远镜止动螺丝,使望远镜可以带动刻度盘转动。

目的:使望远镜对准入射光时,刻度盘左右两边读数分别为90度和270度。或入射光对应的刻度盘读数为左=90度, 右= 270度。

实 验 原 理

入射光 与出射光 的夹角 称为偏向角。当改变入射角时,偏向角也会改变,在某个入射角处,偏向角最小,称最小偏向角 m。三棱镜对入射光线的 m与其对入射光的折射率存在单值关系

n=sin[(min+a)/2]/sin(a/2)

1.3实 验 步 骤

1、分光计调节,记下入射光对应的角 a左 与a右

2、三棱镜置于平台上

3、转动望远镜,观察折射光(六条谱线)

4、转动三棱镜,改变入射角,对某条折射光寻找最小偏向角

5、找到最小偏向角时,用望远镜竖直叉丝对准折射光

6、读出此时刻度盘的左右两个读数左与右 7、重复4-6步实验步骤,得到多组数据

注意事项

1、调节分光计时,每调好一步,调好的部件不要碰动。 2、测量时,游标盘一定要固定,望远镜和刻度盘一定要锁定。 3、转动三棱镜找最小偏向角,对每条折射光都应重复该过程。 4、两条黄色折射光靠得很近,为区分它们,可将狭缝调小些。

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