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1、关于光栅的衍射第1页，讲稿共20张，创作于星期日1实验目的实验目的1了解光栅的主要特性；了解光栅的主要特性；2掌握分光计的调整和应用；掌握分光计的调整和应用；3观察光栅衍射现象，测定汞在可见观察光栅衍射现象，测定汞在可见光范围内几种谱线的波长。光范围内几种谱线的波长。第2页，讲稿共20张，创作于星期日2实验原理实验原理根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，如图一所栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，如图一所示。产生明条纹的条件为示。产生明条纹的条件为(a+b)sink=k （1）或写为或写为dsink=k （2）其中
2、是光栅常数，其中是光栅常数，a和和b分别为透光部分和不透光部分别为透光部分和不透光部分的宽度，为衍射角，分的宽度，为衍射角，为入射光波长，为入射光波长，k给出了该明给出了该明纹的级次。纹的级次。第3页，讲稿共20张，创作于星期日3实验原理实验原理如果入射光不是单色光，由（如果入射光不是单色光，由（2）式可以看出，对）式可以看出，对于同一于同一k级明纹，不同波长级明纹，不同波长 的光，其衍射角的光，其衍射角 也不也不相同。于是复色光被分解，在同一相同。于是复色光被分解，在同一k级中，按波长级中，按波长大小依次排列。当大小依次排列。当k0时，任何波长的光均满足，时，任何波长的光均满足，各色光叠加在
3、一起形成白色条纹，称为中央明纹。各色光叠加在一起形成白色条纹，称为中央明纹。因此可以看到，复色光的衍射图样是在中央明纹的因此可以看到，复色光的衍射图样是在中央明纹的两侧对称地分布着两侧对称地分布着k1，2，3的各级彩色谱线，的各级彩色谱线，称为衍射光谱。称为衍射光谱。如果已知光栅常数如果已知光栅常数d，用分光计测出，用分光计测出k级光谱中某一级光谱中某一明条纹的衍射角，利用式（明条纹的衍射角，利用式（2）可求出该谱线对应）可求出该谱线对应的单色光波长。的单色光波长。第4页，讲稿共20张，创作于星期日4第5页，讲稿共20张，创作于星期日5实验仪器实验仪器分光计、汞灯、光栅。分光计、汞灯、光栅。第
4、6页，讲稿共20张，创作于星期日6实验内容实验内容1.调整分光计处于正常工作状态。调整分光计处于正常工作状态。分光计的结构分光计的结构第7页，讲稿共20张，创作于星期日72、分光计的调整、分光计的调整(1)目测粗调。将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调。将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直目测粗调成水平，并与中心轴垂直(粗调是后面粗调是后面进行细调的前提和细调成功的保证进行细调的前提和细调成功的保证)。(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远。平行用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远。平行光进入物镜后，聚焦于物镜的焦平面上，称望远镜聚光进入物镜后，聚焦于物镜的焦平面上，
5、称望远镜聚焦于无穷远。焦于无穷远。第8页，讲稿共20张，创作于星期日8(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远于无穷远 调节目镜调焦手轮调节目镜调焦手轮,直到能够清楚地看到分划板直到能够清楚地看到分划板准线准线为止。为止。接上照明小灯电源，打开开关，可在目镜视场接上照明小灯电源，打开开关，可在目镜视场中看到如图八所示的中看到如图八所示的“准线准线”和带有绿色小十字和带有绿色小十字的窗口。的窗口。第9页，讲稿共20张，创作于星期日9(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦于用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远无穷远 将平面镜按下图示方位放置在载物台上。将平面镜按下图示方位
6、放置在载物台上。第10页，讲稿共20张，创作于星期日10(3)调整望远镜光轴，使之与分光计调整望远镜光轴，使之与分光计的中心轴垂直。的中心轴垂直。逐次逼近各半调整法。逐次逼近各半调整法。第11页，讲稿共20张，创作于星期日11（4）调整平行光管）调整平行光管用目测粗调，调节平行光管水平方位螺丝和倾斜度螺丝，使平行光管从水用目测粗调，调节平行光管水平方位螺丝和倾斜度螺丝，使平行光管从水平方向和竖直方向观察都与望远镜方位一致。平方向和竖直方向观察都与望远镜方位一致。点燃汞光灯、照亮狭缝。前后移动平行光管的套筒，使狭缝位于物镜焦平点燃汞光灯、照亮狭缝。前后移动平行光管的套筒，使狭缝位于物镜焦平面上，
7、从望远镜中看到清晰的狭缝像。面上，从望远镜中看到清晰的狭缝像。转动狭缝，使象处于水平，调节平行光管倾斜度，使狭缝与中间横叉丝重转动狭缝，使象处于水平，调节平行光管倾斜度，使狭缝与中间横叉丝重合，并且左右微调望远镜时，狭缝总在横叉丝上移动。然后把狭缝转过合，并且左右微调望远镜时，狭缝总在横叉丝上移动。然后把狭缝转过90，使之与竖直叉丝平行。，使之与竖直叉丝平行。第12页，讲稿共20张，创作于星期日122 安置光栅，调节平台，使达到入安置光栅，调节平台，使达到入射光垂直照射在光栅表面射光垂直照射在光栅表面 将光栅按与平面镜相同位置放在载物台上，先使将光栅按与平面镜相同位置放在载物台上，先使光栅平面
8、与平行光管轴线大致垂直，然后仅以光光栅平面与平行光管轴线大致垂直，然后仅以光栅镀膜面为反射面（此时反射光线很弱），用自栅镀膜面为反射面（此时反射光线很弱），用自准直法调节光栅面与望远镜轴线垂直。由于望远准直法调节光栅面与望远镜轴线垂直。由于望远镜已固定，不能再动，只可调光栅支架或载物台镜已固定，不能再动，只可调光栅支架或载物台的两个螺丝的两个螺丝a3和和a2，调好后固定载物台。，调好后固定载物台。转动望远镜，观察衍射光谱的分布情况，注意中转动望远镜，观察衍射光谱的分布情况，注意中央明纹两侧的衍射光谱是否在同一水平面内。如央明纹两侧的衍射光谱是否在同一水平面内。如观察到谱线高低有变化，说明狭缝与
9、光栅刻痕不观察到谱线高低有变化，说明狭缝与光栅刻痕不平行，这时可调平行，这时可调a1，直至在同一平面内。，直至在同一平面内。第13页，讲稿共20张，创作于星期日133、测量汞的谱线波长、测量汞的谱线波长 为了消除分光计刻度盘的偏心差，对同一方位要同时读出两为了消除分光计刻度盘的偏心差，对同一方位要同时读出两游标盘的读数，取其平均。例如，对游标盘的读数，取其平均。例如，对K级，左右游标读数分级，左右游标读数分别为别为 及，对及，对K级，左右游标读数分别为及，则级，左右游标读数分别为及，则K级衍射角级衍射角为为第14页，讲稿共20张，创作于星期日144 将测量数据填入表格并计算比较误将测量数据填入
10、表格并计算比较误差差第15页，讲稿共20张，创作于星期日15注意事项注意事项1 分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。2 光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。轻放，以免弄脏或损坏。3 在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。4 测量中应正确使用望远镜转
11、动的微调螺丝，以便提高工作测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。效率和测量准确度。在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。第16页，讲稿共20张，创作于星期日16注意事项注意事项 6一定要认清每个螺丝的作用再调整分光计，一定要认清每个螺丝的作用再调整分光计，不能随便乱拧。掌握各个螺丝的作用可使分光计不能随便乱拧。掌握各个螺丝的作用可使分光计的调节与使用事半功倍。的调节与使用事半功倍。7.汞灯需与限流器串联使用，不可直接与汞灯需
12、与限流器串联使用，不可直接与220V电电源相联，否则立即烧毁。源相联，否则立即烧毁。8.级谱线很强，长时间观察会伤害眼睛，观察时级谱线很强，长时间观察会伤害眼睛，观察时必须在狭缝前加一两层白纸以减弱光强。必须在狭缝前加一两层白纸以减弱光强。9.汞灯的紫外光很强，不可直视，以免灼伤眼睛。汞灯的紫外光很强，不可直视，以免灼伤眼睛。10.汞灯在使用时不要频繁启闭，否则会降低其汞灯在使用时不要频繁启闭，否则会降低其寿命寿命第17页，讲稿共20张，创作于星期日17预习题预习题1 若光栅中每毫米有若光栅中每毫米有400条刻痕，则光栅常数条刻痕，则光栅常数d_。2 汞的光谱线为什么会有不同颜色？汞的光谱线为
13、什么会有不同颜色？3 什么是自准直状态？什么是自准直状态？4 熟悉图七的光路，说明为什么望远镜在调整后看熟悉图七的光路，说明为什么望远镜在调整后看到的是平行光到的是平行光5 使叉丝正确对准谱线，应该用什么旋钮？使叉丝正确对准谱线，应该用什么旋钮？6 如果光栅平面与转轴平行，但刻痕与转轴不平行，如果光栅平面与转轴平行，但刻痕与转轴不平行，则整个光谱有什么异常？则整个光谱有什么异常？第18页，讲稿共20张，创作于星期日18思考题思考题1 若平面镜两面的绿十字像，一个偏高，若平面镜两面的绿十字像，一个偏高，在水平线上方距离为；另一个偏下，在水平线上方距离为；另一个偏下，与水平线距离为与水平线距离为5a，应如何调节？，应如何调节？2 利用本实验装置怎样测量光栅常数？利用本实验装置怎样测量光栅常数？3 当用钠光（当用钠光（5893）垂直入射到每毫）垂直入射到每毫米有米有500条刻痕的光栅上时，最多可见条刻痕的光栅上时，最多可见几级光谱？请说明理由。几级光谱？请说明理由。4 如果光线不是垂直入射光栅面，对测如果光线不是垂直入射光栅面，对测量结果有什么影响？量结果有什么影响？第19页，讲稿共20张，创作于星期日19感感谢谢大大家家观观看看2022/9/29第20页，讲稿共20张，创作于星期日