大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光柵常數(shù)的測(cè)量汞燈光譜分析實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容儀器及調(diào)整實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)習(xí)題思考題

衍射光柵是利用光的衍射原理使光波發(fā)生色散的光學(xué)元件。以衍射光柵為色散元件組成攝譜儀或單色儀是物質(zhì)光譜分析的基本儀器之一，在研究譜線結(jié)構(gòu)，特征譜線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度；特別是在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和對(duì)元素作定性與定量的分析中有極其廣泛的應(yīng)用。

分光計(jì)是精確測(cè)定光線偏轉(zhuǎn)角的儀器，也稱(chēng)測(cè)角儀。光學(xué)中的許多基本量如波長(zhǎng)，折射率等都可以直接或間接地表現(xiàn)為光線的偏轉(zhuǎn)角，因而利用它可測(cè)量波長(zhǎng)，折射率等，此外還能精確的測(cè)量光學(xué)平面間的夾角。許多光學(xué)儀器（棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、分光光度儀、單色儀等）的基本結(jié)構(gòu)也是以它為基礎(chǔ)的，所以分光計(jì)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本儀器之一。使用分光計(jì)時(shí)必須經(jīng)過(guò)一系列精細(xì)的調(diào)整。分光計(jì)的調(diào)整方法對(duì)一般光學(xué)儀器的調(diào)整也有一定的通用性，因此學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)整方法也是使用光學(xué)儀器的一種基本訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉分光計(jì)的調(diào)整和應(yīng)用；2．了解光柵分光的特點(diǎn);3．學(xué)會(huì)用光柵測(cè)定光柵常數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)原理一、光柵光柵------是一排密集、均勻而又平行的狹縫。衍射光柵(透射光柵)機(jī)制光柵：在玻璃片上刻劃出一系列平行等距的劃痕,刻過(guò)的地方不透光，未刻地方透光。全息光柵：通過(guò)全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)顯影定影制成全息光柵。光柵常數(shù):d透光縫寬度a不透光縫寬度b二、光柵衍射根據(jù)波動(dòng)光學(xué)理論，當(dāng)單色平行光垂直照射在光柵面上時(shí)，將產(chǎn)生夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象，產(chǎn)生明條紋的條件為

dsink=kλ

k=0,±1,±2,……

d-------光柵常數(shù)k----------第級(jí)衍射角--------入射光波長(zhǎng)

K-------明紋的級(jí)次。如果用會(huì)聚透鏡將衍射后的平行光會(huì)聚起來(lái),透鏡后焦面上將出現(xiàn)一系列亮線----譜線.在=0的方向上可以觀察到零級(jí)譜線,其他級(jí)數(shù)的譜線對(duì)稱(chēng)分布在零級(jí)兩側(cè)如果已知光柵常數(shù)d，用分光計(jì)測(cè)出k級(jí)譜線對(duì)應(yīng)的衍射角k，則可求出該譜線對(duì)應(yīng)的入射光波長(zhǎng);若已知入射光的波長(zhǎng),則反過(guò)來(lái)可求光柵常數(shù)d

。儀器及調(diào)整分光計(jì)一臺(tái)光源(汞燈)一個(gè)平面反射鏡一塊衍射光柵一塊.分光計(jì)（又名分光測(cè)角儀）是用來(lái)精確測(cè)量角度的儀器。分光計(jì)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本儀器之一，通過(guò)角度的測(cè)量可以計(jì)算媒質(zhì)折射率、光波波長(zhǎng)等相關(guān)的物理量，檢驗(yàn)棱鏡的棱角是否合格、玻璃磚的兩個(gè)表面是否平行等。分光計(jì)介紹

分光計(jì)目鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦緊固螺釘調(diào)焦緊固螺釘平行光管調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡傾斜調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡水平微動(dòng)望遠(yuǎn)鏡緊固望遠(yuǎn)鏡和度盤(pán)之間緊固(此螺釘軸對(duì)稱(chēng)處)載物臺(tái)調(diào)節(jié)載物臺(tái)游標(biāo)盤(pán)緊固平行光管傾斜調(diào)節(jié)平面反射鏡低壓汞燈衍射光柵1.分光計(jì)的調(diào)節(jié)測(cè)量前應(yīng)調(diào)節(jié)分光計(jì)，達(dá)到：望遠(yuǎn)鏡聚焦到無(wú)窮遠(yuǎn)，望遠(yuǎn)鏡的光軸對(duì)準(zhǔn)儀器的中心轉(zhuǎn)軸并與中心轉(zhuǎn)軸垂直。平行光管出射平行光，且光軸與望遠(yuǎn)鏡的光軸共軸。待測(cè)光學(xué)元件的表面與中心轉(zhuǎn)軸平行。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1)目視粗調(diào)

⑤調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘望遠(yuǎn)鏡支架平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘望遠(yuǎn)鏡水平調(diào)節(jié)螺釘④松開(kāi)望遠(yuǎn)鏡鎖緊螺釘③松開(kāi)游標(biāo)盤(pán)鎖緊螺釘鎖緊載物臺(tái)升降鎖緊螺釘②調(diào)節(jié)載物盤(pán)水平調(diào)節(jié)螺釘①

移動(dòng)底座載物盤(pán)水平、望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)的特例

平面鏡兩側(cè)面的反射像分別位于和時(shí)，只需調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的俯仰調(diào)節(jié)螺釘dd平面鏡兩側(cè)面的反射像同時(shí)位于或時(shí)，只需調(diào)節(jié)載物盤(pán)的水平調(diào)節(jié)螺釘dd旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)節(jié)鼓輪⑴叉絲像分劃板視場(chǎng)透光窗⑵

反射像伸縮目鏡筒⑶

2)用自準(zhǔn)直法將望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦到無(wú)窮遠(yuǎn)觀察不到反射像的原因目鏡中觀察到的叉絲和透光窗中黑色十字的像模糊。（轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)節(jié)鼓輪）望遠(yuǎn)鏡沒(méi)有聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。（松開(kāi)目鏡筒鎖緊螺釘，前后移動(dòng)目鏡筒）平面反射鏡的鏡面與望遠(yuǎn)鏡的光軸不垂直。

俯視側(cè)視轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)或望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰或載物盤(pán)水平調(diào)節(jié)螺釘3)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸與中心轉(zhuǎn)軸垂直

①放置平面鏡

②撥動(dòng)游標(biāo)盤(pán)

③調(diào)節(jié)載物盤(pán)水平調(diào)節(jié)螺釘或望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘

載物盤(pán)水平、望遠(yuǎn)鏡俯仰的各半調(diào)節(jié)d調(diào)節(jié)載物盤(pán)水平調(diào)節(jié)螺釘d/2調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘

4)調(diào)節(jié)平行光管平行光管由狹縫和準(zhǔn)直透鏡組成。狹縫鎖緊螺釘俯仰調(diào)節(jié)螺釘松開(kāi)狹縫鎖緊螺釘前后移動(dòng)狹縫①

轉(zhuǎn)動(dòng)狹縫調(diào)節(jié)平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘②

轉(zhuǎn)動(dòng)狹縫鎖住狹縫鎖緊螺釘③

V1V2V3二、調(diào)節(jié)光柵平行光垂直照射光柵表面：調(diào)節(jié)V1、V3使光柵反射回來(lái)的叉絲像和叉絲重合光柵刻痕與儀器轉(zhuǎn)軸、狹縫平行：轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡觀察零級(jí)譜線兩側(cè)的一級(jí)或二級(jí)譜線，調(diào)節(jié)V2并稍微旋轉(zhuǎn)狹縫，使兩側(cè)譜線均與叉絲的中心橫線垂直，并上下對(duì)稱(chēng)讀數(shù)方法主刻度盤(pán)游標(biāo)盤(pán)游標(biāo)窗口233o

13?

刻度盤(pán)分為360o,最小刻度為半度(30′），小于半度則利用游標(biāo)讀數(shù)。游標(biāo)上刻有30小格，與刻度盤(pán)上29個(gè)小分格等長(zhǎng)，故刻度盤(pán)上1小格與游標(biāo)上1小格之差為1′，因此該游標(biāo)的分度值為1′。

1.數(shù)據(jù)記錄自擬數(shù)據(jù)記錄表格。測(cè)出以汞燈為光源，k=±1某一色光的衍射角，代入式（1）求d,要求測(cè)6次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2.數(shù)據(jù)處理自擬數(shù)據(jù)處理表格。求解d，并用不確定度表示測(cè)量結(jié)果。次數(shù)衍射-1級(jí)衍射+1級(jí)左端讀數(shù)右端讀數(shù)左端讀數(shù)右端讀數(shù)123456平均表1：透射光柵常數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（汞燈光譜分析）1數(shù)據(jù)記錄自擬數(shù)據(jù)記錄表格。測(cè)出汞燈各譜線的k=±1、±2的衍射角，計(jì)算各譜線波長(zhǎng)及百分誤差。表2：汞燈光譜的研究光譜衍射-1級(jí)衍射+1級(jí)左端讀數(shù)右端讀數(shù)左端讀數(shù)右端讀數(shù)紫藍(lán)綠黃1黃2衍射-2級(jí)衍射+2級(jí)左端讀數(shù)右端讀數(shù)左端讀數(shù)右端讀數(shù)注意事項(xiàng)1分光計(jì)是較精密的光學(xué)儀器，要加倍愛(ài)護(hù)，不應(yīng)在制動(dòng)螺絲鎖緊時(shí)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，也不要隨意擰動(dòng)狹縫。2光柵是精密光學(xué)器件，嚴(yán)禁用手觸摸刻痕，注意輕拿輕放，以免弄臟或損壞。3在測(cè)量數(shù)據(jù)前務(wù)須檢查分光計(jì)的幾個(gè)制動(dòng)螺絲是否鎖緊，若未鎖緊，取得的數(shù)據(jù)會(huì)不可靠。4測(cè)量中應(yīng)正確使用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測(cè)量準(zhǔn)確度。5在游標(biāo)讀數(shù)過(guò)程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能位于任何方位，故應(yīng)注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否過(guò)了刻度的零點(diǎn)。預(yù)習(xí)題1.用測(cè)d應(yīng)保證什么條件？實(shí)驗(yàn)時(shí)這些條件是怎樣保證的？2.按圖5的放法放置光柵有什么好處？圖5光柵放置在載物平臺(tái)上思考題1.如果光柵平面和轉(zhuǎn)軸平行，但刻縫和轉(zhuǎn)軸