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）

１、 先进行目镜和望远镜的调焦；

２、 调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴；

３、 平行光管的调焦；

４、 调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴；

５、 将平行光管狭缝调成垂直；（1-5安装时已基本调好）

６、 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）

７、 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。

８、 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然后分别对K＝±1时黄光谱线进行观察，（λy＝5790 A0），0

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）

９、 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 。

１０、 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：

１、 利用光的反射原理测量棱镜的角度；

２、 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；

３、 和光栅配合作光的衍射实验，测量光波波长等。

４、 和偏振片、波片配合，作光的偏振实验等。

二、 JJY型1 分光计的主要技术性能及规格

１． 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。

２． 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′

３． 附件：

① 三棱镜（棱角600±5′）（材料ZFI ND=）

② 光学平行平板（校正平台之用）

③ 变压器6.3V/220V容量3VA(望远镜、放大镜之用)

④ 手持照明放大镜

⑤ 平面全息光栅3000条/cm

三、 仪器结构

见图7f-1

图7f-1 分光计

四、 仪器的调整

1. 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。

1. 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在载物台的中央放上平行平板（反射镜），其反射面对看望远镜，且与望远镜光轴大致垂直。④通过调节载物台下面三只调平螺丝（9）并转动载物台（注意！转动载物台（11）通过转动刻度盘（19）

进行，此时需松开（20），使望远镜的反射象大致与望远镜在一直线上。⑤从目镜中观察，此时可以看到一亮斑。再移动目镜（不是调焦手轮，松开（14））对望远镜进行调整，使十字线成清晰的象（看到图示7f-2）。并反复调节三只调平螺丝，把这个亮十字（绿色）调节到与分划板上方的十字线重合，尽量使十字线和亮十字无视差重合。

2. 调节望远镜的光轴垂直于旋转主轴

① 在望远镜的调焦基础上，对准平行平板，精确地调节螺丝（17），以达到亮十字（绿色）与十字线重合，然后锁紧螺丝（21）

② 把游标盘连同载物台和平行板旋转1800，再观察亮十字的位置，可能与十字线偏高偏低或偏左偏右。然后调节载物台三只螺丝，使位移减少一半，再转1800调节，必要时再配合调整上下调节螺丝（17）、反复旋转调节直至垂直方向位移完全消除。

3. 将分划板十字线调成水平

通过目镜观察，旋转游标盘连同载物台，观察亮十字的水平移动时，与分划板的水平线是否平行，如不平行，可转动目镜，注意不要破坏调焦。调完之后，将螺钉（14）锁紧。

4. 平行光管的调焦

目的是把狭缝调整到物镜的焦平面上，也就是平行光管对无穷调焦。

① 掉望远镜照明光源，打开狭缝，用漫射光照狭缝（先了解狭缝的大小调节情况。

② 在平行光管物镜前放上白纸，开亮光源，并调节光源位置，使在整个物镜孔径上照明均匀。（可旋转狭缝观察，最后作水平放置）

③ 用望远镜对准平行光管，并调节螺丝（7）和（4），将平行光管左右上下调节，使狭缝位于望远镜视场中心。

④ 前后移动狭缝机构（松开（2）），使狭缝清晰成象在望远镜分划板平面上，注意不破坏望远镜的调节，只能调节望远镜的微调机构。

⑤ 松开螺丝（21）让望远镜水平转动观察，并对平行光管进行上下调节，使狭缝在目镜视场中心，旋转狭缝机构，使狭缝象与目镜分划板的垂直刻线平行，不要移动狭缝。

⑥ 调节狭缝的大小，使狭缝出现在视场中心，又十分清晰，然后锁紧螺钉（2）和望远镜的锁紧螺钉（21）。此时，望远镜、平行光管已水平且成一直线，处于校正状态。