大学物理实验用透射光栅测定光波波长.pptx

用透射光栅测定光波波长用透射光栅测定光波波长北京工商大学物理实验室北京工商大学物理实验室【实验目的】【实验目的】1.进一步学习分光计的调节和使用；进一步学习分光计的调节和使用；2.观察光栅衍射现象和光栅光谱的特点；观察光栅衍射现象和光栅光谱的特点；3.掌握利用光栅测量光栅常量和光波波长的原理和方法。掌握利用光栅测量光栅常量和光波波长的原理和方法。【实验仪器实验仪器】序号序号名称名称型号型号技术规格技术规格1分光计分光计JJY分度值：分度值：11汞灯汞灯GP20Hg功率：功率：20W可见光区辐射光谱：可见光区辐射光谱：579.07nm，576.96nm，546.07nm，435.84nm，404.66nm1光栅光栅其他其他平面反射镜，变压器（小灯泡电源）、读数放大镜（带照明小灯泡）平面反射镜，变压器（小灯泡电源）、读数放大镜（带照明小灯泡）【实验原理】【实验原理】光栅衍射光谱示意图光栅衍射光谱示意图光栅光栅黄黄2黄黄2黄黄1黄黄1绿绿绿绿蓝蓝蓝蓝紫紫紫紫一级明纹一级明纹一级明纹一级明纹中央明纹中央明纹水银灯入射光水银灯入射光【实验内容】【实验内容】一调整分光计一调整分光计 二调整光栅二调整光栅（1）调节平行光管发出平行光）调节平行光管发出平行光（2）调节行光管光轴垂直于分光计的中心轴）调节行光管光轴垂直于分光计的中心轴 调节望远镜适合观察平行光，方法见4.16 狭缝像 目镜视场转动狭缝装置，使狭缝像与分划板十字丝竖线成角度，调节平行光管光轴高低调节螺丝21，使狭缝像的中点与分划板中心重合旋转狭缝装置，使狭缝像与分划板十字丝形叉丝竖线重合后，拧紧螺丝2 把光栅如图4.17-4所示置 图4.17-4 光栅的放法光栅 用自准法调节光栅面垂直于望远镜光轴（1）调节光栅平面垂直于平行光管光轴）调节光栅平面垂直于平行光管光轴 调节望远镜微调螺丝13，平行光管光轴水平方向调节螺丝20，使“狭缝像”、“十字像竖线”、分划板“十字丝竖线”“三线重合”。然后锁紧游标盘制动螺丝19 调节平行光管n n平行光管由狭缝和准直透镜组成。狭缝 锁紧螺钉俯仰调节螺钉松开狭缝锁紧螺钉前后移动狭缝 转动狭缝调节平行光管俯仰调节螺钉 转动狭缝锁住狭缝锁紧螺钉 三测量汞灯第一级光谱线的衍射角测量汞灯第一级光谱线的衍射角(2)调节光栅刻线与分光计中心轴平行调节光栅刻线与分光计中心轴平行 松开望远镜制动螺丝15，旋紧转座与度盘止动螺丝14，使刻度盘随望远镜一起转动 左右转动望远镜，调节载物台调平螺丝B3，使各谱线高低一致 左右转动望远镜，观察光栅光谱的特征 从一个方向开始转动望远镜，依次记下级与黄1、黄2、绿、紫谱线相应的两个游标的读数 重复，共测5次【注意事项】【注意事项】1汞灯紫外线很强，不能直视。2光栅是精密光学元件，严禁用手触摸其光学表面，不得擅自用纸、布等物品擦拭光栅表面。3为了测量准确，必须使用望远镜微动螺丝，使十字丝竖线对准谱线。4调“三线重合”后，不能再转动载物台或微调平行光管光轴水平方向调节螺丝【数据处理】【数据处理】1计算衍射角计算衍射角 游标游标123456平均值平均值黄黄1 1327 45327 45327 46327 44327 44327 45327 44.80.3 2147 44147 45147 45147 46147 44147 46147 45.00.4 1347 51347 51347 52347 51347 52347 50347 51.20.3 2167 49167 50167 51167 50167 51167 49167 50.00.4黄黄2 1 2 1 2绿绿 1 2 1 2蓝蓝 1 2 1 2紫紫 1 2 1 2以黄光1第一级谱线为例，数据处理如下：黄光2的第一级谱线的衍射角为：绿光的第一级谱线衍射角为：蓝光的第一级谱线衍射角为：紫光的第一级谱线衍射角为：2由绿谱线的波长由绿谱线的波长 ，计算光栅常数，计算光栅常数 3计算紫、黄谱线的波长计算紫、黄谱线的波长 1.实验条件是入射光垂直入射到光栅表面，为满足实验条件，对光栅的调节要求是：（1）调节光栅平面垂直与平行光管光轴；（2）调节光栅刻线与分光计转轴平行。在测量衍射角的过程中，注意必须锁定游标盘，从而保证入射光与光栅的垂直关系。2如何判定平行光管已发出平行光？如何判断平行光垂直入射到光栅上？答：调节望远镜适合观察平行光，其光轴垂直于分光计的中心轴，调节平行光管光轴垂直于分光计的中心轴，转动望远镜正对平行光管，如果在望远镜中看到清晰的狭缝像，则可判定平行光管已发出平行光。把光栅按图4.17-4安置在平台上，然后以光栅面作为反射面，用自准法调节光栅面与望远镜光轴垂直。转动游标盘，调节调平螺丝B1和B2使从光栅面反射回望远镜的亮十字与分划板上方的黑十字丝重合，此时，若狭缝象、亮十字的垂直线和分划板垂直线三者重合，则判断平行光垂直入射到光栅上。3按图4.17-4放置光栅有什么好处？答：当调节光栅面与望远镜光轴垂直时只需调节B1或B2即可，这样再调光栅的刻线与分光计的中心轴平行时，调整B3时，不会改变光栅的倾度，从而保证入射光的垂直入射【思考题】【思考题】分光计的调节与使用1.分光计的结构2.分光计的调节测量前应调节分光计，达到：n n望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。n n平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。n n待测光学元件的表面与中心转轴平行。1)目视粗调 调节望远镜俯仰调节螺钉 平行光管俯仰调节螺钉望远镜支架平行光管水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉 松开望远镜锁紧螺钉 松开游标盘锁紧螺钉锁紧载物台升降锁紧螺钉调节载物盘水平调节螺钉 移动底座 2)用自准直法将望远镜调焦到无穷远叉丝像分划板视场透光窗反射像旋转目镜调节鼓轮 伸缩目镜筒 观察不到反射像的原因n n目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模糊。目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模糊。（转动目镜调节鼓轮）（转动目镜调节鼓轮）n n望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺钉，望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺钉，前后移动目镜筒前后移动目镜筒 ）n n平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。俯视侧视转动载物台或望远镜调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉3)调节望远镜光轴与中心转轴垂直 放置平面镜 拨动游标盘 调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉 载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节d调节望远镜俯仰调节螺钉 调节载物盘水平调节螺钉d/2载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例 平面镜两侧面的反射像分别位于和时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉dd平面镜两侧面的反射像同时位于或时，只需调节载物盘的水平调节螺钉dd4)调节平行光管n n平行光管由狭缝和准直透镜组成。狭缝 锁紧螺钉俯仰调节螺钉松开狭缝锁紧螺钉前后移动狭缝 转动狭缝调节平行光管俯仰调节螺钉 转动狭缝锁住狭缝锁紧螺钉 读数方法主刻度盘游标盘游标窗口233 13 偏心差旋转主轴 刻度中心