分光计的调节和和使用光栅测波长教案-扬州大学物理教学中心

第一篇：分光计的调节和和使用光栅测波长教案-扬州大学物理教学中心

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。（粗调很重要，要引起学生重视，做到“粗调细做”）粗调具体步骤如下：

1）打开照明小灯电源开关，调节目镜调焦手轮，能看清分划板上的刻线。2）调节载物台3个调平螺丝等高，可通过载物台底座与小平台之间的调平螺丝的高度来判断(目测或数螺纹)，这一步一定要严格；

3）调节望远镜调平螺丝使其光轴与载物台平行，通过目测来判断。

4）转动载物台底座(注意:不是平台)，使平面反射镜“两面”分别正对望远镜(此时目镜光场最暗)，观察有无亮十字(可能是一亮斑)。5）当按步骤3)调节后，两面都有亮十字（亮斑），调节物镜与分划板的位置，使亮十字最清晰。此时粗调完成。

●问题一：一面有亮十字，一面没有。说明粗调没做好，再认真仔细做一次步骤2)。再次观察，如果现象不变，则假设载物台已水平，问题出在望远镜光轴不水平。转动载物台底座，使平面反射镜没有绿色亮十字的一面正对望远镜，调节望远镜调平螺丝（向上或向下，但不能调载物台调平螺丝），直到看到亮十字。●问题二：两面都没有亮十字，做法同问题一。如果步骤2)做的很严格，这种情况出现的可能性很小，大多数情况为问题一的情形。

②细调：在粗调的基础上，通过调节载物台的调平螺丝和望远镜的俯仰螺丝，使平面镜“两面”正对望远镜时，从望远镜里看到的十字像都和上十字叉丝重合，从而保证载物台和望远镜光轴严格水平。

●问题三：为什么从望远镜里看到的十字像都和上十字叉丝重合，就能保证载物台和望远镜光轴严格水平？原理见下图，结合图像给学生讲解。

细调具体步骤如下：

1）将平面镜如图（１）放置，保持调平螺丝ａ不动，调节ｂ，ｃ和望远镜的俯仰螺丝，使两次反射的十字像在上叉丝“重合”。

●问题四：为什么要把平面镜如图（１）放置？在实验过程中请学生观察思考：调节调平螺丝和望远镜俯仰螺丝对十字像的移动分别起什么作用。2）将平面镜转过90度，保持调平螺丝b,c以及望远镜俯仰螺丝不动，调节调平螺丝a，使两个十字像重合，此时细调完成。（由于误差的存在，这一步调节可能很难使两个十字像完全重合。）

4．调节准直管狭缝的宽度和位置，使其产生平行光，即在望远镜中能看到又细又亮的竖直的蓝色光谱线，和分划板上的竖直叉丝重合。

5．在学生调节过程中检查记录每个学生的调节情况，调节结束后评估每个学生

的调节效果。

（二）测光栅常数

1.安置光栅。安置光栅时应达到下述要求。

（1）入射光垂直照射光栅表面。将光栅如图17-7所示放置在载物台上，使光栅平面与平行光管轴线大致垂直。

（2）调节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行。转动望远镜，观察衍射光谱的分布情况，注意中央明纹两侧的衍射光谱是否在同一水平面内。如果有高低的变化，说明狭缝与光栅刻痕不平行。调节与光栅在一条直线上的载物台调平螺钉，直到中央明纹两侧的衍射光谱在同一水平面上。

2.测汞灯绿光谱线的衍射角。

（1）由于衍射光谱的分布位置对称与中央明纹，所以k级和k级光谱线之间夹角的一半为该级光谱的衍射角。先将望远镜对准中央明纹，然后转到是k1，对准第一级光谱线的绿光谱线，螺钉15，锁紧望远镜。借助微调螺钉12，图17-7 光栅放置图

微调望远镜位置，使分划板的垂直刻线对准待测的该谱线。从左、右游标上分别读取数据和，记录在表中。

（2）用同样的方法测出k1的绿光谱线的角位置。由式1(212'1')计算衍射角。

43.将绿光波长绿5461A和衍射角代人式(1)中，求出光栅常数d。

（三）用光栅测双黄光的波长

（1）用上述同样的方法分别测出汞灯两条黄光k1和k1的角位置，求出两条黄光谱线的衍射角。

（2）将光栅常数d和衍射角代人式(1)中，计算两条黄光谱线的波长。

五．关于分光计读数的说明。1）最小分度值1'

2）让学生回忆游标卡尺的读数方法，读出分光计的角度值。2）如果一游标转动过程中经过了0刻度线，应如何取值？ 3）为什么通过两个游标读数可以消除仪器的偏心差？（可以让学生在课后推导）



第二篇：物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》

【实验目的】

观察光栅的衍射光谱，掌握用分光计和透射光栅测光波波长的方法。

【实验仪器】

分光计，透射光栅，钠光灯，白炽灯。

【实验原理】

光栅是一种非常好的分光元件，它可以把不同波长的光分开并形成明亮细窄的谱线。

光栅分透射光栅和反射光栅两类，本实验采用透射光栅，它是在一块透明的屏板上刻上大量相互平行等宽而又等间距刻痕的元件，刻痕处不透光，未刻处透光，于是在屏板上就形成了大量等宽而又等间距的狭缝。刻痕和狭缝的宽度之和称为光栅常数，用d

表示。

由光栅衍射的理论可知，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，透过每一狭缝的光都会发生单缝衍射，同时透过所有狭缝的光又会彼此产生干涉，光栅衍射光谱的强度由单缝衍射和缝间干涉两因素共同决定。用会聚透镜可将光栅的衍射光谱会聚于透镜的焦平面上。凡衍射角满足以下条件

实验中若测出第k级明纹的衍射角θ，光栅常数d已知，就可用光栅方程计算出待测光波波长λ。

【实验内容与步骤】

1．分光计的调整

分光计的调整方法见实验1。

2．用光栅衍射测光的波长

物理实验报告

·化学实验报告

·生物实验报告

·实验报告格式

·实验报告模板

图12

光栅支架的位置

图13

分划板

（3）测钠黄光的波长

①

转动望远镜，找到零级像并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ0和θ0/，并记入表4

中。

②

右转望远镜，找到一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ右和θ右/，并记入表4中。

③

左转望远镜，找到另一侧的一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ左和θ左/，并记入表4中。

3．观察光栅的衍射光谱。

将光源换成复合光光源（白炽灯）通过望远镜观察光栅的衍射光谱。

【注意事项】

1．分光计的调节十分费时，调节好后，实验时不要随意变动，以免重新调节而影响实验的进行。

2．实验用的光栅是由明胶制成的复制光栅，衍射光栅玻璃片上的明胶部位，不得用手触摸或纸擦，以免损坏其表面刻痕。

3．转动望远镜前，要松开固定它的螺丝；转动望远镜时，手应持着其支架转动，不能用手持着望远镜转动。

【数据记录及处理】

表4

一级谱线的衍射角

零级像位置

左传一级像

位置

偏转角

右转一级像

位置

偏转角

偏转角平均值

光栅常数

钠光的波长λ0

=

589·3

nm

根据式（10）

k=1，λ=

d

sin

1=

相对误差

【思考题】

1．什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？

2．分光计的主要部件有哪四个？分别起什么作用？

3．调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴时很重要的一项工作是什么？如何才能确保在望远镜中能看到由双面反射镜反射回来的绿十字叉丝像？

4．为什么利用光栅测光波波长时要使平行光管和望远镜的光轴与光栅平面垂直？

5．用复合光源做实验时观察到了什么现象，怎样解释这个现象？

第三篇：大学物理实验《分光计调节和使用》试题

分光计的调节与使用 试题

一、问答题

1.分光计有那几个主要部件组成？

2.望远镜实际转过的角度取两个游标读数的平均值，目的是什么？

二.操作题直接用三棱镜调节望远镜光轴与分光计中心垂直（40分）

要求：双面反射镜紧贴三棱镜的两个光滑面时反射的“﹢”的像都能在视场中看到，并且与上准线重合一、问答题

1.测量望远镜转过的角度时，如果望远镜在在转动的过程中转过了零点，此时从两侧角标尺读得的数值中，应如何计算望远镜转过的角度？

2.简述自准法测量三棱镜顶角的原理

二.操作题直接用三棱镜调节望远镜光轴与分光计中心垂直（35分）

要求：双面反射镜紧贴三棱镜的两个光滑面时反射的“﹢”的像都能在视场中看到

（不要求与上准线重合）

一．填空题（20分）

调整好的分光计具备：望远镜的分划板与物镜之间的距离等于物镜的__________________；

平行光管发出的光是__________________，此时狭缝位于平行光管透镜（凸透镜）的__________________；

望远镜和平行光关的光轴与分光计中心__________________，与刻度盘__________________

二.操作题利用调整好的分光计测量最小偏向角，自拟表格，记录三组数据（40分）

1．把双面反射镜紧贴三棱镜的光滑面时，调节反射回来的“+”与分划板上准线重合时，用什么调节法？分别调节那两个螺丝？

2.测量望远镜转过的角度时，如果望远镜在在转动的过程中转过了零点，此时从两侧角标尺读得的数值中，应如何计算望远镜转过的角度？

二.操作题利用调整好的分光计测量最小偏向角，自拟表格，记录三组数据（40分）