分光计的调整及光栅常数测定23页PPT
实验四 分光计的调整及光栅常数的测定
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。
实验四 分光计的调整及光栅常数的测定
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。
分光计的调整和光栅常数的测定
实验4-11 分光计的调整及光栅常数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． 了解分光计的基本构造，学会调整分光计。
2． 观察光栅衍射现象，学会用分光计测光栅常数。
【实验原理】光栅是利用衍射原理使光发生色散的光学元件，其由大量等宽、等间距、相互平行的狭缝（或刻痕）组成。
光栅分为透射式和反射式两类，并有平面、凹面之分。
根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色平行光垂直照射到光栅上时，经每一狭缝的光都要产生衍射，由于各缝发出的衍射光都是相干光，彼此要产生干涉，于是在透镜L 的焦平面上，就会形成一系列被相当宽的暗区隔开的又细又亮的明条纹，称为谱线（见图4-11-1）。
各明条纹所对应的衍射角φ应满足下列条件λφk b a =+sin )( ( ,2,1,0±±=k ) （4-11-1）式中a 为狭缝宽度，b 为缝间距离，（b a +）称为光栅常数，k 为光谱线的级次。
对应于k =0的明条纹为中央明条纹，也称为零级谱线。
若入射光为复色光，则各波长的零级谱线均在同一位置，其它级次的谱线位于零级谱线的两侧，且同级谱线按不同波长，从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱。
由式（4-11-1）可以看出，如果已知入射光波长，只要测出其k 级谱线相应的衍射角φ就可以计算出光栅常数。
【实验仪器】分光计、平面反射镜、光栅、汞灯图4-11-1光栅【实验内容与要求】1．调整分光计（1）调整望远镜使之聚焦于无穷远，适于接收平行光。
（2）调整望远镜光轴与仪器转轴垂直。
分光计调节及光栅常数测定
O'
根据以上分析，调望远镜光轴垂直分光计轴步骤如下: 根据以上分析，调望远镜光轴垂直分光计轴步骤如下: O
1）适当调节载物台和望远镜的水平状态，直至任意 转动载物台180º 转动载物台180º均能在望远镜中看到平面镜正、 反两面反射的绿“ 反两面反射的绿“十”字像 （难点）； 难点）； 2）先调载物台（螺钉a2或a3）使绿“十”字移动正、 ）先调载物台（螺钉a ）使绿“ 反两像高差的一半，再调望远镜俯仰使绿“ 反两像高差的一半，再调望远镜俯仰使绿“十” 字像与分划线上横线重合；
自准直式望远镜介绍
O'
分划面
O
仅当分划面在物镜焦平面时，十字口才能成像在分划面。 仅当分划面在物镜焦平面时，十字口才能成像在分划面。 若目镜调焦分划面，此时望远镜被调焦到无限远。 若目镜调焦分划面，此时望远镜被调焦到无限远。
1 望远镜调节——调焦无限远 ——调焦无限远
1）调目镜手轮，使视场中看到清晰的分划线； ）调目镜手轮，使视场中看到清晰的分划线； 2）平面镜按图放在载物台上 ，适当调载物台或望远 ，适当调载物台或望远 镜俯仰找到绿“ 镜俯仰找到绿“十”字口的像（可能是模糊的）；
5 平行光管调节——平行光管光轴垂直分光计轴 ——平行光管光轴垂直分光计轴
旋转狭缝成水平状态，调平行光管俯仰使狭缝 正好和分划线中央横重合。 此时，平行光管光轴垂 直分光计轴。
最后，再转动狭缝90º 最后，再转动狭缝90º成竖直状态 ，使绿十字、 狭缝像、分划线都重合如右图，分光计调节完毕。
d sin ϕ = k λ
分光计图
2
3
1
四步化解难点——看到正反两面的像 ——看到正反两面的像
1. 平——调平载物台 ——调平载物台
用分光计测光栅常数-详细讲解
本实验主要适用于单色光的测量，对于 复色光可能存在误差；同时，实验装置 调整复杂，需要高精度测量设备。
VS
发展前景
随着光学技术和测量技术的发展，未来可 以采用更先进的光栅和测量方法，提高测 量精度和范围；同时，可以结合其他技术 如光谱分析、干涉技术等，实现更复杂的 光学测量和分析。
感谢观看
THANKS
根据记录的数据，计算 每个波长的衍射角和光 强，并绘制光谱图。
数据记录与处理
数据记录
在实验过程中，需要详细记录每个波长的角度和对应的光强 ，为后续的数据处理提供依据。
数据处理
根据衍射角和波长的关系，计算光栅常数；根据光强和波长 的关系，分析光谱特性。
05
实验结果分析
数据处理与误差分析
数据处理
对实验中测得的光栅常数、角度等数 据进行整理，绘制表格或图表，便于 后续分析。
注意事项
在测量过程中，需要注意以下几点。首先，要保持实验环境的稳定，避免外界干扰对测量结果的影响。其次，要 确保待测光栅放置在分光计的正确位置，并保持其稳定不动。最后，要严格按照实验步骤进行操作，避免误差的 产生。
04
实验操作步骤
实验操作流程
准备实验器材
搭建实验装置
调整分光计
记录数据
数据处理
分光计、光栅、光源、 准直镜、光电探测器等 。
| --- | --- | --- |
| 650 | 30.1 | 0.0019 |
实验总结
01
| 546 | 30.2 | 0.0018 |
02
| 470 | 30.3 | 0.0017 |
误差分析：主要来源于分光计的调整和读数误差，以及光栅刻
03
线不均匀等因素。
分光计的调节及使用PPT课件
第二种方法：调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴
图7 平行光管光轴与望远镜光轴共线图 将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平面上，物镜将出射平行光。 调整方法是：取下平面镜和目镜照明光源，狭缝对准前方水银灯光源，使 望远镜转向平行光管方向，在目镜中观察狭缝像，沿轴向移动狭缝筒，直 到像清晰。这表明光管已发出平行光 。 再将狭缝转向横向，调平行光管仰角调节螺钉，将像调到测量用十字叉丝 的中心横线上，见图7(a)。这表明平行光管光轴已与望远镜光轴共线，所 以也垂直仪器主轴。平行光管仰角调节螺钉不能再动(为什么?)。再将狭缝 调成垂直，锁紧螺钉，见图7(b)。
图2 阿贝目镜式望远镜
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4、分光计上控制望远镜和刻度盘转动的有三套机构，正确运用 它们对于测量很重要，它们是： （1）望远镜止动和微动控制机构，图1中的16、15； （2）分光计游标盘止动和微动控制机构，图1中的25、24； （3）望远镜和度盘的离合控制机构，图1中的17。
转动望远镜或移动游标位置时，都要先松开相应的止动用螺钉； 微调望远镜及游标位置时要先拧紧止动螺钉。要改变度盘和望远 镜的相对位置时，应先松开它们之间的离合控制螺钉，调整后再 拧紧，一般是将度盘的0°线置于望远镜下，可以减少在测角度时 0°线通过游标引起的计算上的不方便。
图8（a）待测棱镜的放置方法 图8（b） 棱镜顶角A的测量
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（2）调节三棱镜的主截面垂直于仪器的主轴。
三棱镜的棱镜角A是棱镜主截面上三角形两边之间的夹角。应用分光计测量 时，必须使待测光路平面与棱镜的主截面一致。由于分光计的观察平面已调 节好并垂直于仪器的主轴，因此棱镜的主截面也应垂直于仪器的主轴。即调 节三棱镜的两个折射面AB和AC，使之均能垂直于望远镜的光轴(下述过程中 望远镜已调好，不能再调)。
分光计的调节和使用 ppt课件
望远镜轴线及平台与中心转轴垂直
各半调节法：先调节载物台调平螺钉中离我们最近 的那个螺钉使位移减少一半，再调整望远镜光轴 俯仰调节螺钉，使垂直方向的位移完全消除。
h
望远镜调节螺丝
平台调节螺丝
▪ 分光计是把多色光分解为单色光的仪器。 通常利用棱镜或光栅把一束多色入射光分 解为不同角度的出射光；通过对出射光角 度的测量来得到它的波长等信息。
▪ 分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也 称测角仪。
▪ 光学中的许多基本量如波长、折射率等都 可以直接或间接的表现为光线的偏转角， 利用分光计可测量波长、折射率等。
分光计的调节和使用
王宏伟、刘丽
分光计的调节和使用
▪ 1. 实验目的 ▪ 2. 实验仪器 ▪ 3. 实验内容和步骤 ▪ 4. 注意事项 ▪ 5. 思考题
分光计的调节和使用
▪ 了解分光计的原理和结构，学会调节分光计 ▪ 测定三棱镜的顶角
分光计的调节和使用
▪ 分光计、汞灯、三棱镜、平面镜
分光计的调节和使用
1、将双面反射镜放在载物台上任意两螺 钉(如右图B1和B3)的中垂线上，并使之正 对望远镜。
2、用各半调节法调节载物台下方的调节 螺丝B1，B3和望远镜的俯仰螺丝，使十字 光标通过反射镜成的像与分划板的上十字 线重合。
3、使载物台（连同底座）转动180o，同样用 各半调节法调节使十字光标通过反射镜另一 面成的像也与分划板的上十字线重合。
分光计的调节和使用
反射法测三棱镜顶角
➢ 将三棱镜的顶角A对准平行光管，并使棱角稍稍后退，
用平行光管射出的平行光照在棱镜的两个折射面上。 ➢ 将望远镜转至AB面，使AB面反射回来的狭缝像与分划
分光计的调整和光栅衍射实验实验原理PPT
4、当两者都不水平的时候，两面的十字叉像既不等高，相对于P 点也不对称，设两面的点分别为P₁P₂，找到两点中间值P₀，调节 载物台的调平螺钉，将P₁或者P₂调节到P₀点，再旋转180度，若 此时两者等高，则下面的操作如步骤3所示。
二、光栅衍射原理
光栅是根据多缝衍射的原理制成的一种分光原件，它能产生 谱线间距较宽的匀排光谱。当一束平行光垂直入射到光栅上时， 便可产生对称衍射现象。根据光栅衍射理论，衍射光谱中明条 纹的位置由下式决定：
如果入射光不是单色光，如我们实验中所用光线为白光，则 对不同波长的光，同一级衍射光谱将有不同的衍射角，除k=0外， 其余的按波长增加依次排开，形成彩色谱线，称为光栅衍射谱， 于是复色光被分成单色光。如下图所示 如果已知光栅常数d，用分光镜测出衍射角 k ，则由公式 d sin k k 即可求出对应的单色光的波长。
一、分光计的调整原理
1、分光计调整的目标 （1）望远镜聚焦无穷远（能接收平行光），平行光管能发 出平行光。 （2）望远镜水平，平行光管水平，二者共轴；载物台水平。 且共同垂直于仪器中心轴 2、调解原理分析 如右图放置，图中a₁a₂a₃为载物台上的三个调平螺钉，先将 平面镜如图放置
（1）当望远镜水平，且平面镜法线水平时，望远镜光轴下方N 点的”十”字透光孔发出的光线经平面镜反射，形成的反射 像应该在上十字叉丝p点，视场中p点与N点关于O对称，如图 所示
为了消除偏心差的影响，设置了相差为 的两个 游标。可以证明，当左右都存在偏心差的时候，他 们的平均值不存在偏心差，实验中，若第+K级谱线 的左右游标读数分别为 k 和‘ k ，-k级谱线的左右游 ‘ 标读数为-k 和-k 则K级衍射谱线的衍射角为
1 = [(k k ) ( k k )] 4
PPT--分光计的调整和使用ppt课件
载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节
d
调节载物盘水平调节螺钉 d/2 调节望远镜俯仰调节螺钉
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4) 调节平行光管
平行光管由狭缝和准直透镜组成。
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狭缝 锁紧螺钉
俯仰调节螺钉
①
松开狭缝锁紧螺钉 前后移动狭缝
②
③
转动狭缝
转动狭缝
调节平行光管俯仰调节螺钉 锁住狭缝锁紧螺钉
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偏心差
主刻度盘 游标盘
24
步骤
1. 俯仰螺丝粗调，载物台两层平行； 2. 目镜右旋，分划板清晰； 3. 放置反射镜，找到叉丝像，调节共焦； 4. 打开钠灯，调节平行光管准直； 5. 三棱镜顶角放置在载物台中心，朝向平行
光管方向； 6. 找到两侧反射光，记录数据。
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数 据 处 理 反射法测量三棱镜顶角
角度
测量次数
M N M’ N’ M- M’ N- N’ α=[(M- M’)+(N- N’)]/4 α平均
23
思考题
（1）调平平台时，为什么要将平台转90º后再对 望远镜及平台进行调节？
（2）在用反射法测三棱镜顶角时，为什么三棱镜 放在载物台上的位置，要使得三棱镜顶角离平行 光管远一些，而不能太靠近平行光管呢？试画出 光路图，分析其原因。
（3）除了用反射法测定棱镜顶角外，还有一种常 用的自准法，请扼要说明这种方法的基本原理和 测量步骤。
17
实验原理
平行光管
平行光管
α1 β1
望远镜
α2
β2
望远镜
δ ＝(α2-α1+β2-β1)/4
18
读数方法
游标窗口
游标盘 主刻度盘
233º13΄ 19