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1、光栅衍射和光波波长的测定第1页，共21页，编辑于2022年，星期四光栅衍射和光波波长的测定光栅衍射和光波波长的测定山东科技大学物理实验中心山东科技大学物理实验中心山东科技大学物理实验中心山东科技大学物理实验中心实实 验验 目目 的的 实实 验验 仪仪 器器仪仪 器器 调调 节节实实 验验 步步 骤骤数数 据据 处处 理理注注 意意 事事 项项第2页，共21页，编辑于2022年，星期四实验简介 衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。衍射光栅一般可以分为两类：用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。本实验使用的是透射光栅本实验使
2、用的是透射光栅。根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。第3页，共21页，编辑于2022年，星期四实验目的实验目的1 1、观察光通过光栅后的衍射现象；、观察光通过光栅后的衍射现象；2 2、进一步熟悉分光计的调节和使用；、进一步熟悉分光计的调节和使用；3 3、测定钠黄光的平均波长。、测定钠黄光的平均波长。第4页，共21页，编辑于2022年，星期四实验仪器实验仪器分光计主轴分光计主轴望远镜光轴望远镜光轴用到的实验仪器有：钠光灯
3、、分光计、平面镜及衍射光栅。第5页，共21页，编辑于2022年，星期四第6页，共21页，编辑于2022年，星期四注意事项注意事项不能用手触摸各光学元件！光栅是精密光学元件，严禁不能用手触摸各光学元件！光栅是精密光学元件，严禁用手触摸光栅平面，以免损坏。用手触摸光栅平面，以免损坏。用完后请立即上交。用完后请立即上交。光学仪器的调节动作要轻，锁紧螺钉也是指锁住即可，光学仪器的调节动作要轻，锁紧螺钉也是指锁住即可，不要用力过大，以免损坏器件。不要用力过大，以免损坏器件。转动载物台，都是指游标盘带动载物台一起转动。转动载物台，都是指游标盘带动载物台一起转动。如需转动望远镜要拿住望远镜支架转动。如需转动
4、望远镜要拿住望远镜支架转动。切忌握住目切忌握住目镜和目镜调节螺丝转动望远镜。镜和目镜调节螺丝转动望远镜。调节平行光管时再开钠光灯，打开后就不要再频繁开关。调节平行光管时再开钠光灯，打开后就不要再频繁开关。若因某种原因突然断电时，需待灯管冷却后再重新开启。若因某种原因突然断电时，需待灯管冷却后再重新开启。第7页，共21页，编辑于2022年，星期四实验原理实验原理单色光垂直照射光栅：单色光垂直照射光栅：光栅方程光栅方程其中d为光栅常数，d=a+b，本实验中d=mm（每毫米有300条刻痕）。第8页，共21页，编辑于2022年，星期四一级明条纹一级明条纹一级明条纹一级明条纹中央明条纹中央明条纹 实际的
5、测量是对已知干涉级次衍射条纹实际的测量是对已知干涉级次衍射条纹的衍射角的衍射角的精确测量。的精确测量。利用分光计可利用分光计可观察到各级衍射条观察到各级衍射条纹纹（本实验中，（本实验中，用分光计测量单用分光计测量单色光已知衍射级色光已知衍射级次的衍射角，实次的衍射角，实际能观察到三级际能观察到三级衍射条纹）衍射条纹）。平行光平行光（复色）（复色）平行光管平行光管载物台载物台望远镜望远镜第9页，共21页，编辑于2022年，星期四仪器调节仪器调节调节步骤：调节步骤：调节望远镜聚焦无穷远调节望远镜聚焦无穷远望远镜光轴与分光计主轴垂直望远镜光轴与分光计主轴垂直载物平台与分光计主轴垂直载物平台与分光计主
6、轴垂直目测粗调目测粗调平行光管出射平行光与望远镜共轴平行光管出射平行光与望远镜共轴第10页，共21页，编辑于2022年，星期四实验步骤：实验步骤：1、目测粗调、目测粗调松开松开望远镜止动螺丝锁紧锁紧望远镜与刻度盘联动螺丝松开松开游标盘止动螺丝锁紧锁紧载物台锁紧螺丝调节调节望远镜高低调节望远镜高低调节螺丝螺丝调节调节载物台调平螺载物台调平螺丝丝第11页，共21页，编辑于2022年，星期四调节望远镜的倾斜螺丝和载物平台下的三个物台调平调节望远镜的倾斜螺丝和载物平台下的三个物台调平螺丝，使望远镜和载物台基本水平。螺丝，使望远镜和载物台基本水平。1.1.将平面镜按下图所示放在载物台上，视场中能看到十字
7、光将平面镜按下图所示放在载物台上，视场中能看到十字光标经平面镜反射回来的绿色十字像。标经平面镜反射回来的绿色十字像。2.2.将将载物台载物台转过转过180180o o，视场中仍能看到该十字像。，视场中仍能看到该十字像。调节要求：调节要求：调节方法：调节方法：abc第12页，共21页，编辑于2022年，星期四粗调找不到反射像的解决办法：粗调找不到反射像的解决办法：粗调后还是观察不到反射像，粗调后还是观察不到反射像，将将载物台转一个小角度，观察平面镜载物台转一个小角度，观察平面镜里的绿色十字的虚像的位置，里的绿色十字的虚像的位置，然后然后调节螺丝调节螺丝a或或b，以及望远镜的倾斜，以及望远镜的倾斜
8、螺丝，直至最后通过望远镜能同螺丝，直至最后通过望远镜能同时观察的两个反射十字像。时观察的两个反射十字像。第13页，共21页，编辑于2022年，星期四2.调节望远镜聚焦无穷远调节望远镜聚焦无穷远第14页，共21页，编辑于2022年，星期四1.1.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。方法：转动目镜调节螺丝。刻线。方法：转动目镜调节螺丝。2.2.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，使绿十字光标望远镜对
9、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。成像清晰。调节步骤：调节步骤：第15页，共21页，编辑于2022年，星期四3.望远镜光轴与分光计主轴垂直望远镜光轴与分光计主轴垂直调节步骤：调节步骤：1.用用各半法各半法调节螺丝调节螺丝a、b和望远镜的倾斜螺丝，使和望远镜的倾斜螺丝，使十字光标通过平面镜十字光标通过平面镜成的成的像与分划板的上十字线重像与分划板的上十字线重合。合。2.使载物台转动使载物台转动180o，再次使用各半法重复，再次使用各半法重复1。3.反复调节，直至反复调节，直至平面镜的任一面都能使十字光标像调节到位。平面镜的任一面都能使十字光标像调节到位。至此以至此以后，不
10、再碰动望远镜的倾斜螺丝。后，不再碰动望远镜的倾斜螺丝。第16页，共21页，编辑于2022年，星期四4.载物平台与分光计主轴垂直载物平台与分光计主轴垂直2.调节螺丝调节螺丝c使使十字光标通过平面镜成的十字光标通过平面镜成的像与分划板的上十字线重像与分划板的上十字线重合。合。1.将平面镜做如右图所示调整将平面镜做如右图所示调整。abc调节步骤：调节步骤：abc第17页，共21页，编辑于2022年，星期四5.平行光管出射平行光与望远镜共轴平行光管出射平行光与望远镜共轴调节步骤：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，打开钠光灯，照亮狭缝。、取走反射镜，将已调节好的望远镜正对着平行
11、光管，打开钠光灯，照亮狭缝。2、松开狭缝套筒锁紧螺丝，调节、松开狭缝套筒锁紧螺丝，调节套筒套筒前后前后位置，使望远镜视场中能看到清晰的位置，使望远镜视场中能看到清晰的狭缝像（狭缝像（黄色黄色），调节狭缝宽度，使缝宽约为），调节狭缝宽度，使缝宽约为1mm，如图，如图1。3、转动狭缝，调节、转动狭缝，调节高低和水平高低和水平调节螺丝，使狭缝像与分划板中间水平叉丝重合。再调节螺丝，使狭缝像与分划板中间水平叉丝重合。再把狭缝转至垂直状态，保持狭缝像清晰且与分划板中央竖直准线重合。如图把狭缝转至垂直状态，保持狭缝像清晰且与分划板中央竖直准线重合。如图2、3。4、锁住狭缝锁紧螺丝。、锁住狭缝锁紧螺丝。图1
12、图2图3第18页，共21页，编辑于2022年，星期四6.测钠黄光的平均波长测钠黄光的平均波长光栅放置要求：入射光垂直照射光栅；光栅刻痕与分光计主轴平行。光栅放置要求：入射光垂直照射光栅；光栅刻痕与分光计主轴平行。调节步骤：调节步骤：望远镜已调好，千万不要再动；望远镜已调好，千万不要再动；只调节螺丝只调节螺丝a或或b，使光栅反回的亮十字与分划板上方十字线及中央明条纹，使光栅反回的亮十字与分划板上方十字线及中央明条纹重合，这时锁紧游标盘止动螺丝和望远镜与刻度盘联动螺丝重合，这时锁紧游标盘止动螺丝和望远镜与刻度盘联动螺丝（老左新右）（老左新右）。1.调节光栅平面平行于分光计主轴并垂直于平行光管。调节
13、光栅平面平行于分光计主轴并垂直于平行光管。2.调节光栅刻痕平行于分光计主轴。调节光栅刻痕平行于分光计主轴。调节螺丝调节螺丝c，至望远镜转动过程中，中央明纹两侧的各级谱线的高度相，至望远镜转动过程中，中央明纹两侧的各级谱线的高度相同。同。第19页，共21页，编辑于2022年，星期四分别测出：分别测出：k=各级光谱的位置，并将结果填各级光谱的位置，并将结果填入表中。入表中。测量与记录测量与记录第20页，共21页，编辑于2022年，星期四1.先用竖准线对准-K级光谱，读出相应的游标位置1(右游标)、1(左游标)。再对准K级光谱，读出相应的游标位置2(右游标)、2(左游标)。2.再利用公式求出该光谱的偏转角。第21页，共21页，编辑于2022年，星期四