分光计的调节和用衍射光栅测定光的波长.docx

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南昌大学物理实验报告
课程名称：大学物理实验.
实验名称：分光计调整及光栅常数测量.
学院：信息工程学院专业班级：通信152
学生姓名：宋县锋.
学号：6102215068 序号：23 .
实验地点：
311 .
实验时间：第12周星期3下午 3.45开始.
三、实验仪器：
分光计、光源、光栅、自准镜
四、实验内容和步骤：
.分光计调整
（1）熟悉分光计各调节螺钉作用后，目视粗调载物台、望远镜及平行光管基本水平。

（2）用自准直法将望远镜调焦到无穷远
（3）载物台转轴与望远镜光轴垂直的调节
在望远镜视场中能够看到平面反射镜两面反射回的像。

规律：
平面反射镜两面反射回的像都在视场上方（或下方）时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉。

平面反射镜两面反射回的像一面在视场上方另一面在视场下方时，只需调节载物台的水平调节螺钉。

注意：认定上、下方的像之间的距离后，将在视场上方的像下调1/2距离，或将在视场下方的像上调1/2距离。

调节平行光管
打开光源放在狭缝前，望远镜对准平行光管。

左右移动目镜，观测不同颜色，记录数据。

五、实验数据与处理：=
λ绿光546.07nm =
λ黄光（光1=589.59nm；光2=589.0nm）
初始左右
白0°180°
紫344°50′164°45′
绿341°10′161°8′
黄1 340°11′160°11′
黄2 339°15′159°12′。

分光计的使用用光栅测波长一．实验介绍与引入：１．精确测量光线偏折的角度是光学实验技术的重要内容之一。

光在传播过程中的衍射、散射等物理现象也都与角度有关；一些光学量如光栅常数、光波波长等都可以通过直接测量有关的角度去确定。

２．本实验所使用的分光计便是一种能精确测量角度的基本光学仪器，常用来测量折射率、光波波长、色散率和观察光谱等。

３．分光计的基本部件和调节原理与目前生产及科研上常用的光学仪器（如单色仪，摄谱仪等）有许多相似之处（后者一般在分光器件和谱线采集系统上更复杂、精确）。

学习和使用分光计可以为今后使用此类精密的光学仪器打下良好的基础。

二．实验目的与内容：1．了解分光计的结构和工作原理；２．掌握分光计的调节方法；３．用分光计测量光栅常数和用光栅测波长。

三．实验注意事项：1．任何时候都不能用手触及光栅和平面镜的光学表面，只能用手拿非光学面即侧面或底座。

2．光学元件要轻拿轻放，防止光栅和平面镜碰撞或从载物台上摔落，导致元件破损。

3．在调节分光计的过程中，用力要轻，动作要慢，不得随意旋转和拨动，以免造成仪器的严重磨损。

4．实验完成后，请将仪器整理好，光栅和平面镜归还原处。

四．实验原理与技术指导：(粗体部分一般需要和学生强调，其他内容按学生具体情况选择。

)（一）分光计的调节：１．请同学打开汞灯预热，并对照教材上的结构图和网上教学辅导系统，结合实际仪器了解分光计各部分的结构和各旋钮的作用。

２．分光计的调节要求。

用分光计进行测量之前,需要对仪器进行调节,使之达到如下要求:1）望远镜能接收平行光(或者适于观察平行光),且其光轴垂直于分光计的主轴(即仪器竖直方向中心轴)；2)平行光管出射平行光,其光轴亦垂直于分光计的主轴。

在要求1)中望远镜调节是关键，是难点，也是要求2)的基础。

３．分光计望远镜调节的具体作法分2步——粗调、细调。

①粗调：通过目测调节，使载物平台水平，使望远镜光轴水平，当平面反射镜“两面”正对望远镜时，都能从望远镜里看到亮十字。

实验四分光计的调整及光栅常数的测定分光计作为基本的光学仪器之一，它是精确测定光线偏转角的仪器，也称之为测角仪。

光学中很多基本量（如反射角、折射角、衍射角等）都可以由它直接测量。

因此，可以应用它测定物质的有关常数（如折射率、光栅常数、光波波长等），或研究物质的光学特性（如光谱分析）。

应用分光计必须经过一系列仔细的调整，才能得到准确的结果。

因此，在学习使用过程中，要做到严谨、细致，才能正确掌握。

【实验目的】1．了解分光计构造的基本原理。

2．学习分光计的调整技术，掌握分光计的正确使用方法。

3．利用分光计测定光栅常数。

【实验原理】1．分光计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，分光计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计的刻度盘平行。

为此，分光计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。

南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：光栅衍射实验学院：机电工程学院专业班级：能源与动力工程162班学生姓名：韩杰学号：**********实验地点：基础实验大楼座位号：mm m m m m d d d d ϕϕϕϕϕϕtan ln )()ln (22∆=∆∂∂=∆∂∂=∆（2）λ的不确定度 sin /m d m λϕ=ln ln ln(sin )ln m d m λϕ=+-cos ln 1sin tan ln 1m m m m d dϕλϕϕϕλ∂==∂∂=∂2221()()tan λϕλϕ∆∆=+∆m md d 由以上推导可知，测量d 时，在m ϕ∆一定的情况下，m ϕ越大d 的偏差越小。

但是m ϕ大时光谱级次高，谱线难以观察。

所以要各方面要综合考虑。

而对λ的测量，也是m ϕ越大不确定度越小。

综上，在可以看清谱线的情况下，应该尽量选择级次高的光谱观察，以减小误差。

6.2 求绿线的d 和λ并计算不确定度 1）二级光谱下：由sin mm d λϕ=，代入数据m ϕ=19，可得d =3349.1nm又由mm m m m m dd d d ϕϕϕϕϕϕtan ln )()ln (22∆=∆∂∂=∆∂∂=∆，m ϕ∆=2’得d ∆=3349.1*[2π/(60*180)]/tan(19)=0.6nmd =(3349.1±5.7)nm而实验前已知光栅为300线每毫米，可见测量结果与实际较吻合。

再用d 求其他光的λ：sin /m d m λϕ=2221()()tan λϕλϕ∆∆=+∆m md d对波长较长的黄光：ϕm =20 o 15＇,d=3349nm 代入，可得λ=579.6nm ，λ∆=1.4nm可以看到，三级谱线下测量后计算的结果教二级谱线下的结果其偏差都更小，与理论推断吻合。

6.3 在i=15 o 时，测定波长较短的黄线的波长。

由，m=2，可得：在同侧：λ=577.9nm在异侧：λ=575.9nm6.4 最小偏向角法求波长较长的黄线的波长由公式：,3,2,1,0,2sin2±±±==m m d λδ代入数据：m=2,δ= 39o 51＇代入，得λ=579.4nm与实际值吻合良好。

分光计调整和光栅常数测量实验报告一、实验目的1、了解分光计的结构，掌握分光计的调节和使用方法。

2、观察光栅衍射现象，测量光栅常数。

二、实验原理1、分光计的原理分光计是一种能精确测量角度的光学仪器。

它由望远镜、平行光管、载物台和读数装置等部分组成。

通过调节分光计，使望远镜和平行光管的光轴都与仪器的中心转轴垂直，从而能够准确测量光线的偏转角度。

2、光栅衍射原理光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝组成的光学元件。

当一束平行光垂直照射在光栅上时，会产生衍射现象。

根据光栅方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$（其中$d$为光栅常数，＄＼theta$为衍射角，＄k$为衍射级数，＄＼lambda$为入射光波长），在已知入射光波长的情况下，通过测量衍射角$＼theta$，可以计算出光栅常数$d$。

三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面反射镜四、实验步骤1、分光计的调整粗调：将望远镜、平行光管和载物台大致调水平。

望远镜的调节：调节目镜，使分划板清晰；将平面反射镜放在载物台上，通过调节望远镜的俯仰和水平调节螺丝，使反射回来的十字像清晰且与分划板上的十字叉丝重合。

平行光管的调节：打开平行光管的狭缝，调节平行光管的俯仰和水平调节螺丝，使狭缝像清晰且与望远镜分划板的竖线平行。

载物台的调节：使载物台平面与分光计的中心转轴垂直。

2、光栅的放置将光栅放在载物台上，使光栅平面与平行光管的光轴垂直。

3、测量光栅常数用汞灯作为光源，照亮平行光管的狭缝。

转动望远镜，观察光栅衍射光谱。

找到中央明条纹（零级条纹）和左右两侧的一级、二级等衍射条纹。

分别测量各级衍射条纹对应的角度。

为了减小误差，采用左右游标读数法，即分别读取左右游标对应的角度值，然后取平均值。

五、实验数据记录与处理1、分光计游标读数左游标读数右游标读数2、各级衍射条纹的角度测量一级衍射条纹（左）一级衍射条纹（右）二级衍射条纹（左）二级衍射条纹（右）3、数据处理根据光栅方程计算光栅常数。

实验十八分光计的调整及光栅衍射分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种仪器。

用它可以测量折射率、色散本领、光波波长等物理量。

分光计的结构复杂、装置精密，调节要求也比较高，使用时必须严格按调节要求和步骤仔细地调节。

它的调整方法和操作技能在光学仪器中具有普遍意义。

分光计的结构又是其它许多光学仪器（如摄谱仪、单色仪、分光光度计等）的基础。

学习它的调节原理，为使用其它更复杂的光学仪器打下了基础。

[实验目的]1. 了解分光计的结构和各部分作用，学会分光计的调整和使用方法。

2. 观察光栅的衍射光谱。

用光栅测定汞原子光谱部分谱线的波长。

[实验原理]光栅系由大量相互平行、等宽、等距的狭缝之组合。

通常分为透射光栅和平面反射光栅。

透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。

实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成，一般每毫米约250~600条线。

随着激光技术的发展，现在又制造出了全息光栅。

图17-1 光栅衍射光谱示意图当一束平行单色光垂直照射到光栅平面上，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锐细的明条纹（称为谱线）。

入射光与光栅法线夹角为φ(称衍射角),相邻两衍射光的光程差为d sin= kλ(17-1)k时,在透镜焦点处产生一明条纹。

式中λ为入射光波长，k为谱线的级次，φκ是第k级谱线的衍射角。

d称为光栅常数。

如果入射光为一束复色光，经光栅衍射后，在k=0处，各色光迭加在一起呈原色，称为中央明纹。

在中央明纹的两侧，且同一级k谱线按短波长向长波方向散开而形成彩色谱线，称光栅的衍射光谱。

图17-1为低压汞灯的第一级光栅衍射光谱。

它的每一级有四条特征谱线：紫色435.8nm；绿色546.1nm；黄色577.0nm和579.0nm。

从（17-1）式可见，如果已知光栅常数d。

用分光计测出第k级谱线中某一明条纹的衍射角φκ，可计算出该明条纹所对应的单色光的波长。