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分光仪的调整及光栅常数的测定

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分光仪的调整及光栅常数的测定实验四  分光仪的调整及光栅常数的测定 【实验原理】 1.分光仪 光线入射到光学元件上,由于反射或折射等作用,使光线产生偏离,分光仪就是用来测量入射光与出射光之间偏离角度的一种仪器。要测定此角,必须满足两个条件: ⑴ 入射光与出射光均为平行光; ⑵ 入射光、出射光以及反射面或折射面的法线都与分光仪的刻度盘平行。 为此,分光仪上装有能造成平行光的平行光管、观察平行光的望远镜及放置光学元件的载物台,它们都装有调节水平的螺钉。为了读出测量时望远镜转过的角度,配有与望远镜连接在一起的刻度盘,如图4-1所示。各部分别介绍如...

分光仪的调整及光栅常数的测定
实验四  分光仪的调整及光栅常数的测定 【实验原理】 1.分光仪 光线入射到光学元件上,由于反射或折射等作用,使光线产生偏离,分光仪就是用来测量入射光与出射光之间偏离角度的一种仪器。要测定此角,必须满足两个条件: ⑴ 入射光与出射光均为平行光; ⑵ 入射光、出射光以及反射面或折射面的法线都与分光仪的刻度盘平行。 为此,分光仪上装有能造成平行光的平行光管、观察平行光的望远镜及放置光学元件的载物台,它们都装有调节水平的螺钉。为了读出测量时望远镜转过的角度,配有与望远镜连接在一起的刻度盘,如图4-1所示。各部分别介绍如下: ⑴ 读数装置。在底座19的中央固定一中心轴,度盘22和游标盘21套在中心轴上,可以绕中心轴旋转;度盘下端有轴承支撑,使旋转轻便灵活;度盘上的刻线把360°圆周角分成720等份,每份为30′。同一直径方向两端各有一个游标读数装置,测量时,对望远镜的两个位置中每一位置都读出两个数值,然后对同侧的差值读数取平均值,这样可以消除因偏心引起的误差(见本实验参考资料)。 ⑵ 平行光管。立柱23固定在底座上,平行光管3安装在立柱上,平行光管的光轴位置可以通过立柱上的调节螺钉26、27分别进行左右、水平微调,平行光管有一狭缝装置1。旋松螺钉2,转动装有狭缝的内套筒使狭缝成严格的垂直状,前后移动内套筒,使狭缝严格地处在透镜焦平面上,则平行光管发出狭缝平行光。 狭缝的宽度可在0.02~2.00mm内由螺钉28调节,一般在教师指导下调节。 图4-1 JJY型1′分光计 图4-2  望远镜结构                                图4-3  分划板视场 ⑶ 望远镜。阿贝自准直望远镜8安装在支臂14上,支臂和转座20固定在一起并套在度盘上。当松开制动螺钉16时,转座和度盘可以相对转动,当旋紧此制动螺钉,转座和度盘一起旋转。旋紧制动架18与底座上的制动螺钉17时,借助于此制动架末端上的调节螺钉15可以对望远镜进行左右转动微调。望远镜的光轴位置,可以通过螺钉12、13分别进行水平、左右微调。 阿贝自准直望远镜内部结构如图12-2所示,从目镜所见分划板视场如图4-3。旋目镜调焦手轮11,使目镜中能十分清晰地看到分划板上的分划线。旋松螺钉9,转动目镜组10使分划线成水平状。前后移动目镜组,使分划板处在物镜的焦平面上,则亮十字经物镜发出的光为平行光,当它被反射回望远镜时,将在分划板上成清晰的亮十字像,且与实物亮十字无视差。 ⑷ 载物台。载物台5套在游标盘上,可绕中心轴旋转,旋紧载物台锁紧螺钉7和制动架4与游标盘的制动螺钉25时,借助于立柱23的调节螺钉24可以对载物台进行微调。放松载物台锁紧螺钉时,载物台可根据需要升高或降低。调到所需位置后,再把锁紧螺钉锁紧。载物台有三只调平螺钉6,可用来调节载物台面,使之与旋转主轴垂直。 ⑸ 照明。外接6.3V电源,插头插在底座的插座上,经导电环通到转座的插座上,望远镜系统的照明器插头与之相接,这样可以避免望远镜系统旋转时电线拖动。 2.光栅 光栅是由许多等宽度a(透光部分)、等间距b(不透光部分)的平行缝组成的一种分光元件。当波长为λ的单色光垂直照射在光栅面上时,则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播,经透镜会聚后相互干涉,并在透镜焦平面上形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下式决定: (a+b)sinφk=kλ(k=0,±1,±2,…)                (4-1) 式中a+b=d称为光栅常数,k为光谱级数,φk为第k级谱线的衍射角。见图4-4,k=0对应于φ=0,称为中央明条纹,其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。 如果入射光不是单色光,则由式(4-1)可知,λ不同,φk也各不相同,于是将复色光分解。而在中央k=0,φk=0处,各色光仍然重叠在一起,组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布k=1,2,…级光谱线,各级谱线都按波长由小到大,依次排列成一组彩色谱线,如图4-5所示。 根据式(4-1),如能测出各种波长谱线的衍射角φk,则从已知波长λ的大小,可以算出光栅常数d;反之,已知光栅常数d,则可以算出波长λ。 【实验仪器】 分光仪,钠光灯,双平面镜,光栅。 【注意事项】 1.移动望远镜时,只能推动立柱14,不允许搬动镜筒及目镜。 2.取放双面镜及光栅时只能拿边缘,不许触摸 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面,且严防失手摔碎;不许擦拭光栅。 3.狭缝宽度要在教师指导下缓慢调节。 【实验步骤】 1.首先,检查仪器及用具是否齐全、完好,然后将钠灯电源插头插于墙上,打开钠光灯预热。打开6V变压器开关。 2.目镜的调焦:转动接目镜调焦手轮11直至视场中分划线清晰。 3.望远镜调焦:取出双平面镜,扣在望远镜8的前端,即使平面镜平面与望远镜光轴垂直。从目镜中观察,可以看到一亮斑,旋松螺钉9,前后微动目镜组,对望远镜进行调焦,使亮斑成为清晰的十字像,旋紧螺钉9。 4.调整望远镜光轴、载物台平面垂直于旋转主轴:① 粗调:调节载物台a、b、c三只螺钉使两圆盘夹缝处螺钉螺纹数大致相等(6个螺纹数最佳);调节目镜下方螺钉12使望远镜大致水平。②细调:把双平面镜按图12--6所示方位放置于载物台上,左手使灰台板左右小角度转动,使平面镜平面与望远镜光轴有横向垂直机会,眼看目镜,同时用右手调节望远镜水平调节螺钉12(寻找纵向垂直机会)至视场中出现亮十字像,并调12使十字像处于图4-3所示位置(实际操作中可简化为十字像横与分划线重和)。转动灰台板使双平面镜转到反面,用手小角度左右转动,寻找反面垂直机会,若无十字像出现,立即把平面镜转回正面。观察望远镜状态,看目镜一端是向上还是向下倾斜? 判断后,调节螺钉12校正望远镜水平,此时,视场中十字像偏离了分划线(注意:上----不可出视场;下----不过横叉丝),调节载物台螺钉a,使亮十字像回到分划线,经过一次或多次判断、调节,反面视场中定会看到十字像。但此时反面十字像横与分划线不重和。调节螺钉12使十字像向分划线趋近一半,再调节载物台螺钉b使二者重合(以下称‘一半一半’法);转回正面,十字像横与分划线又不重和了,调螺钉12使十字像向分划线趋近一半,再调节螺钉a使二者重合。这样反复多次‘一半一半’地调节,就会使得两面的十字像横均与分划线重合,望远镜光轴与旋转主轴垂直了,但此时载物台平面不一定与旋转主轴垂直,这是由于两条直线确定一个平面。以上仅调了一条直线,即a、b螺钉顶端所在的直线。这时可把双面镜按图4--7所示放置,调节螺钉c(此时不能再动螺钉a、b、12)使双面镜正面对应十字像横与分划线重合,这时载物台平面与旋转主轴垂直了。 图4-6  双面镜初放置                            图4-7  双面镜转置 5.调节分划板成水平和竖直  当载物台连同双平面镜相对望远镜旋转时观察,如果分划线与亮十字的移动方向不平行,就要转动目镜组,使亮十字的移动方向与分划线平行。注意,此时不可破坏望远镜的调焦,然后将目镜的锁紧螺钉旋紧。 6.平行光管的调焦  首先关掉望远镜目镜照明器上的光源,拿走载物台上的双平面镜。打开狭缝28,用漫反射光照明狭缝,前后移动狭缝装置1,使狭缝清晰地成像在望远镜分划板平面上。然后把平行光管光轴左右调整螺钉26调到适中位置,并调节望远镜光轴左右调 整螺钉13和平行光管水平调整螺钉27,使狭缝位于视场中心。最后,旋转狭缝装置,使狭缝与目镜分划板的叉丝竖线平行,注意不要破坏平行光管的调焦,然后将狭缝装置锁紧螺钉旋紧。 表4-1 次数 目镜竖丝位置 左端刻度盘读数 右端刻度盘读数 φ1 1 左一级 θ1 θ2   右一级 θ1′ θ2′ 2 左一级       右一级     3 左一级       右一级               7.用钠黄光(λ=589.3nm)测衍射角:将平行光管正对钠光灯,并将光栅放在载物台上使其与平行光管光轴垂直,观察其零级及一级衍射条纹,可以看到一级衍射条纹是两条靠得很近的谱线(589.0nm和589.6nm),λ=589.3nm是它们的波长的平均值。分别测定左一级、右一级衍射条纹左、右两端刻度盘的读数,重复测量三次,并记录在表4-1中。 图12-8  角游标读数练习                        图12-9  偏心差原理 如此,得本光栅对钠黄光的一级衍射角为 (4-2) 求得此光栅衍射的一级衍射角的三次测量的平均值 ,取ΔB=1′= 度,求测量结果的不确定度Δφ1,并由 求得光栅常数 ,由Δφ1利用不确定度传递公式 (4-3) 求得Δd,则光栅常数d= ±Δd。 *注意Δφ要化为弧度。 参考资料  消除偏心差的原理 由于刻度盘中心与游标盘中心并不一定重合,真正转过的角度同读出的角度之间会稍有差别,这个差别叫“偏心差”。 如图4-9所示,O与O′分别为刻度盘与游标盘的中心,游标盘转过的角度为φ,但读出的角度,在两个游标上分别为φ1和φ2。 由几何原理可知: ,    又因为 故 所以实验时,取两个游标读出的角度数值的平均值。 实验步骤:⒈调整分光仪: 调整望远镜: a目镜调焦:清楚的看到分划板刻度线。 b调整望远镜对平行光聚焦:分划板调到物镜焦平面上。 c调整望远镜光轴垂直主轴:当镜面与望远镜光轴垂直时,反射象落在上十字线中心,平面镜旋转180°后,另一镜面的反射象仍落在原处。 调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴:将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上,物镜将出射平行光。
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