【2017年整理】实验七用分光计测光栅常数和光波的波长.doc

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【2017年整理】实验七用分光计测光栅常数和光波的波长

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θ〈y ,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θ〈y ,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) 先进行目镜和望远镜的调焦; 调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴; 平行光管的调焦; 调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴; 将平行光管狭缝调成垂直;(1-5安装时已基本调好) 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) 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。 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θ〈0 。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θ〈y ,代入公式dsinθ=λ,即可求得d。 (见实验报告) 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θ〈y ,用自己求出的光栅常数,代入公式dsinθ=λ,即可求λg 。 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: 利用光的反射原理测量棱镜的角度; 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; 和光栅配合作光的衍射实验,测量光波波长等。 和偏振片、波片配合,作光的偏振实验等。 JJY型1 分光计的主要技术性能及规格 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。 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′ 附件: ① 三棱镜(棱角600±5′)(材料ZFI ND=106475) 光学平行平板(校正平台之用) 变压器6.3V/220V容量3VA(望远镜、放大镜之用) 手持照明放大镜 平面全息光栅3000条/cm 仪器结构 见图7f-1 图7f-1 分光计 仪器的调整 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。 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

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