大学物理实验讲义实验13分光计的调节与应用光栅
大学物理实验分光计的调整与使用实验报告
大学物理实验分光计的调整与使用实验报告大学物理实验分光计的调整与使用实验报告引言：分光计是一种常用的实验仪器，广泛应用于物理、化学、生物等领域的实验中。
本实验旨在熟悉分光计的结构和工作原理，并通过实际操作调整和使用分光计，掌握其正确的使用方法。
一、分光计的结构和工作原理1. 分光计的结构分光计主要由光源、准直系统、单色器、样品室和检测器等部分组成。
其中，光源提供光线，准直系统将光线聚焦，单色器将多色光分解为单色光，样品室用于放置待测样品，检测器接收光信号并输出电信号。
2. 分光计的工作原理分光计的工作原理基于光的衍射和干涉现象。
当光通过准直系统后，进入单色器，单色器通过光栅或棱镜将多色光分解为单色光，然后单色光进入样品室与待测样品相互作用，样品吸收或反射特定波长的光，最后通过检测器检测到的光信号转化为电信号。
二、分光计的调整1. 准直系统的调整准直系统的调整是保证光线能够准确进入单色器的关键。
首先，打开分光计，调节光源位置，使其与准直系统中心对齐。
然后，调节准直系统的调焦旋钮，使光线在单色器入口处形成清晰的光斑。
最后，使用目镜观察光斑，通过调节准直系统的调焦旋钮，使光斑在目镜中移动到中心位置。
2. 单色器的调整单色器的调整是保证光线能够被准确分解为单色光的关键。
首先，选择适当的单色器，根据待测样品的波长范围选择合适的单色器。
然后，调节单色器的入射角和旋钮，使光线通过单色器后，能够被分解为所需的波长范围。
最后，使用检测器检测单色光的强度，通过调节单色器的旋钮，使单色光的强度达到最大值。
三、分光计的使用1. 样品室的使用样品室是用于放置待测样品的部分。
在使用样品室前，应先清洁样品室，确保无杂质。
然后，将待测样品放置在样品室中，注意样品的摆放位置应与光线垂直，以避免光线的散射和干扰。
最后，关闭样品室，确保光线只能通过样品与之相互作用。
2. 检测器的使用检测器是用于接收光信号并转化为电信号的部分。
在使用检测器前，应先调节检测器的增益和灵敏度，使其适应待测样品的光强。
分光计的调整与使用实验报告
分光计的调整与使用实验报告分光计的调整与使用实验报告引言：分光计是一种常用的实验仪器，用于测量物质的吸收光谱和发射光谱。
本实验旨在探究分光计的调整方法以及正确使用分光计的技巧。
一、分光计的调整1. 光源调整：分光计的光源是实验的关键，它需要稳定且具有较高的亮度。
在调整光源时，首先要确保它的位置正确，通常位于分光计的顶部。
然后，使用调节旋钮调整光源的亮度，使其达到适当的亮度水平。
2. 光栅调整：光栅是分光计中的另一个重要组件，它用于分离入射光的不同波长。
在调整光栅时，需要先将分光计的光栅旋钮置于初始位置，然后使用调节旋钮逐渐移动光栅，直到观察到最清晰的光谱。
3. 光路调整：光路的调整对于分光计的准确测量至关重要。
在调整光路时，首先要确保光路中没有杂散光干扰。
可以通过调整分光计的光路盖板或使用遮光板来消除杂散光。
其次，需要确保光路中的光线垂直于光栅，可以通过调整光路盖板的角度来实现。
二、使用分光计的技巧1. 校准分光计：在进行任何实验之前，必须先校准分光计。
校准分光计的方法是使用已知浓度的标准溶液，测量其吸光度，并与已知数值进行比较。
如果差异较大，可能需要调整分光计的参数或进行维护。
2. 选择合适的波长：不同物质在不同波长下的吸光度不同，因此在测量物质的吸光度时，应选择合适的波长。
可以通过观察样品的光谱图，找到吸光度最大的波长，并将分光计设置为该波长。
3. 注意样品的处理：在测量样品吸光度之前，需要对样品进行适当的处理。
例如，如果样品是固体，需要将其溶解在适当的溶剂中。
如果样品是液体，需要注意避免气泡的产生，以免干扰测量结果。
4. 记录实验数据：在进行实验时，应准确记录实验数据，包括吸光度的数值以及所用的波长和样品浓度。
这样可以方便后续的数据分析和比较。
结论：通过本次实验，我们了解了分光计的调整方法和使用技巧。
正确调整分光计的光源、光栅和光路可以保证实验的准确性和可靠性。
合理选择波长、处理样品和记录实验数据也是使用分光计的重要技巧。
分光计的调节与光栅衍射
物理实验报告一、【实验名称】分光计的调节与使用及光栅的衍射二、【实验目的】1、掌握分光计的调整技术和技巧；2、用分光计测三棱镜的一个顶角；3、进一步熟悉分光计的调整与使用；4、学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法；5、加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
三、【实验原理】1、分光计的调节1：狭缝装置2：狭缝装置锁紧螺丝3：准直管4：制动架（二）5：载物台6：载物台调平螺丝7：载物台锁紧螺丝8：望远镜9：望远镜锁紧螺丝10：阿贝式自准直目镜11：目镜视度调节手轮12：望远镜光轴高低调节螺丝13：望远镜光轴水平调节螺丝14：望远镜微调螺丝15：转轴与度盘止动螺丝16：望远镜止动螺丝17：制动架（一）18：底座19：转座20、21：度盘、游标盘22：游标盘微调螺丝23：游标盘止动螺丝24：准直管光轴水平调节螺丝25：准直管光轴高低调节螺丝26：狭缝宽度调节手轮图1 分光计的结构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地表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长、折射率，此外还能精确地测量光学平面间的夹角。
许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。
使用分光计时必须经过一系列精细调整才能得到准确的结果，它的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。
（1）分光计的结构分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组成。
外形如图1所示。
1）底座——中心有一竖轴，望远镜和读数圆盘可绕该轴转动，该轴也称为仪器的公共轴或主轴。
2）平行光管——是产生平行光的装置，管的一端装一会聚透镜，另一端是带有狭缝的圆筒，狭缝宽度可以根据需要调节。
3）望远镜——观测用，由目镜系统和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以互相移动，也可以用螺钉固定，如图19-2所示。
分光镜的调整和光栅常数的测量实验报告
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：分光计的调节和光栅常数的测量学院：信息工程学院专业班级：计算机科学与技术学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1.了解分光计的基本结构和原理；2.掌握分光计的调整要求和调整方法；3.调整分光计，使其达到最佳工作状态，可进行精密测量；4.用调整好的分光计测三棱镜的顶角；5.观察光栅衍射现象，理解光栅衍射基本规律；学会用分光计测光栅常数。
二、实验原理：①分光计的调节和使用分光计主要由五个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。
不同型号分光计的光学原理基本相同。
JJY型分光计如图3-7-1所示。
1．底座分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。
2．平行光管平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。
平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。
狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。
当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。
3．自准直望远镜阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。
它用来观察和确定光线行进方向。
自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。
其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45º全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一个“十”形透光的窗口，当小电珠光从管侧经另一直角面入射到棱镜上，即照亮“十”字窗口。
调节目镜，使目镜视场中出现清晰的“”形叉丝。
在物镜前方放置一平面镜，然后调节物镜，使分划板位于物境焦平面上，那么从棱镜“十”字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向前方平面境，其反射光又经物镜成像于分划板上。
这时，从目镜中可以看到清晰的“”形叉丝和绿色“十”字像。
此时望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。
如果平面境的法线与望远镜光轴方向一致，则绿色“十”字像位于分划板“”形叉丝的上横线上，如图3-7-3中的视场。
大物实验-分光计的调节与使用
大学物理实验一．实验名称：分光计的调节与使用 二．实验仪器：分光计，三棱镜 三．实验原理:1.三棱镜色散原理：入射光与出射光夹角是偏向角。
在某个入射角处，偏向角最小，为最小偏向角m in δ2.折射率计算公式：2sin2sinn minA A δ+=，A 为棱镜的顶角。
由此可知，求棱镜材料折射率必须先测其顶角和最小偏向角m in δ3.本实验是使光束经平行光管后通过待测光学元件，用望远镜观测光线通过待测光学元件的偏折，从而确定光学元件的某些技术参数，如顶角，折射率，光栅常数，光波长等等。
四．实验步骤：（目测初调➡望远镜调节➡望远镜轴线及平台与中心转轴垂直➡平行光管轴线与中心转轴垂直➡读数系统的调节➡测量三棱镜顶角和最小偏向角）1）目测粗调：使望远镜，载物台及平行光管基本水平（通过调节望远镜的俯仰调节螺丝和载物台下的调节螺丝，使望远镜和载物台基本水平）2）望远镜调节：（1）目镜调节：调节目镜调节手轮，看清叉丝；（物镜调焦：前后移动目镜套筒，看清绿色十字架）3）望远镜轴线及平台与中心转轴垂直：（判断望远镜转轴与中心主轴垂直依据：由反射镜两个面反射的十字相都与分划板的十字叉丝重合；各半调节法：调节倾角螺钉和载物台调节螺钉调整十字相与分划板的十字叉丝重合的过程。
）a.将双面反射镜放在载物台任意两螺钉的中垂线上，并正对望远镜。
b.使用各半调节法，使十字相与分划板的十字线重合；c.载物台转动180°，使用各半调节法，使成像也与十字叉线重合；d.调整完毕不再动倾角螺丝和调节螺丝；e.使平面镜正对望远镜；f.用各半调节法调螺丝c ，使十字光标与十字线重合，并180°调节，使重合；至此不动螺丝c ；4）平行光管轴线与中心转轴垂直：将望远镜正对平行光管，打开灯照亮狭缝，松开套筒锁定螺钉，调节套筒前后位置直到看到清晰的狭缝象；使缝宽约为1毫米，转动狭缝呈水平状态，与中间横线重合；再转为水平状态；5）读数系统调节：将游标置于一左一右➡松开望远镜与刻度盘的锁定螺丝，转动刻度盘使使游标的零度分别对准90度和279度，锁定➡松开望远镜锁定螺丝。
分光计的使用和光栅测波长实验报告
分光计的使用和光栅测波长实验报告引言：分光计是一种测量光谱的仪器，广泛应用于物理、化学、生物等领域的研究。
而光栅是一种分光元件，可以将光分散成不同波长的光，从而实现测量光波长的目的。
本实验旨在掌握分光计的使用方法，以及利用光栅测量不同波长的光线的能力。
实验原理：分光计是由光学系统和机械调节系统两部分组成的。
光学系统由入射狭缝、准直透镜、色散元件、目镜等部分组成。
机械调节系统由微调螺针、移动螺钉等部分组成。
在实验中，我们需要掌握分光计的调节方法，使得入射光线经过准直透镜后成为平行光线，经过色散元件后分散成不同波长的光线，并通过目镜观察光谱。
光栅是一种分光元件，由一块平面玻璃上刻有一定周期的等距凹槽组成。
当入射光线垂直于光栅表面时，光线被分散成不同波长的光线。
通过测量不同波长的光线的角度，可以计算出光线的波长。
实验过程：实验前，首先需要调节分光计。
将入射狭缝与准直透镜对齐，使得入射光线成为平行光线。
然后将色散元件放置在准直透镜后面，调节微调螺针，使得光线经过色散元件后分散成不同波长的光线，通过目镜观察光谱。
调节移动螺钉，使得光谱线与参考线重合。
接下来，使用光栅测量不同波长的光线。
在实验中，我们使用汞灯和氢灯作为光源。
分别将汞灯和氢灯放置在入射光路上，将光线垂直入射于光栅表面上。
通过调节分光计的移动螺钉，观察不同波长的光线的角度，并记录下来。
利用公式计算出光线的波长。
实验结果：我们使用分光计和光栅测量了汞灯和氢灯的光线波长。
其中，汞灯的主要光谱线有546.1nm、435.8nm和404.7nm。
氢灯的主要光谱线有656.3nm、486.1nm和434.0nm。
通过实验计算出的光线波长数据与已知数据比较，误差较小，说明实验结果较为准确。
结论：本实验通过使用分光计和光栅测量不同波长的光线，掌握了分光计的使用方法和光栅测波长的原理。
实验结果表明，利用分光计和光栅可以准确测量光线的波长，具有较高的实用价值。
分光计的调节和使用实验报告数据
分光计的调节和使用实验报告数据分光计的调节和使用实验报告数据引言：分光计是一种常用的实验仪器，用于测量光的波长和强度。
在实验中，准确地调节和使用分光计是非常重要的。
本文将探讨分光计的调节方法，并介绍使用分光计进行实验的数据处理。
一、分光计的调节方法1. 调节入射光源：首先，我们需要调节分光计的入射光源。
通常，分光计配备了一种称为“光源强度调节器”的装置，可以通过旋钮调节入射光的强度。
在调节时，我们可以使用一个较暗的样品来观察光源强度是否适合实验需求。
2. 调节光栅：光栅是分光计中的关键部件，它用于分散光线并选择特定的波长。
为了调节光栅，我们可以使用一个称为“波长选择器”的装置。
通过旋转波长选择器，我们可以选择所需的波长，并观察光线是否被恰好分散。
3. 调节检测器：检测器是分光计中的另一个重要组成部分，用于测量光的强度。
调节检测器时，我们可以使用一个称为“灵敏度调节器”的装置。
通过调节灵敏度调节器，我们可以使检测器对光的强度有一个适当的响应。
二、使用分光计进行实验的数据处理1. 收集实验数据：在使用分光计进行实验时，我们需要收集一系列光的波长和强度数据。
为了获得准确的数据，我们可以使用分光计配备的软件或计算机接口来记录数据。
2. 数据处理方法：一旦收集到实验数据，我们可以使用各种方法对数据进行处理。
例如，我们可以绘制波长与强度之间的关系曲线，以观察光的吸收或发射特性。
此外，我们还可以计算光的波长分布或强度分布等参数。
3. 数据分析：在数据处理过程中，我们还可以进行数据分析，以了解实验结果。
例如，我们可以比较不同样品的光谱曲线，以观察它们之间的差异。
此外，我们还可以使用统计方法对数据进行分析，以获得更深入的结论。
结论：分光计的调节和使用对于实验的准确性和可靠性至关重要。
通过调节光源、光栅和检测器，我们可以确保分光计的正常运行。
在使用分光计进行实验时，我们需要收集和处理实验数据，并进行适当的数据分析。
分光计调节和使用光栅常量测定
分光计调节和使用光栅常量测定分光计是一种用于测量和分析光的仪器，它可以将光束分解成不同波长的组成部分，从而提供光的光谱信息。
分光计具有调节和使用光栅常量测定的功能，这使得它能够更精确地测量和分析光的特性。
分光计的调节是一个关键步骤，它可以确保所测量的光具有适当的强度和波长范围。
分光计的调节通常包括以下几个步骤：1.调节波长：分光计可以调节光的波长范围，这通常通过旋转一个波长选择旋钮来实现。
在调节波长时，需要根据所需要测量的光的波长范围来选择合适的波长。
2.调节入射光强度：分光计具有调节光的强度的功能。
在调节入射光强度时，需要确保所测量的光具有适当的强度，而不会过强或过弱。
3.调节光束宽度：分光计的光束宽度可以通过调节光圈大小和准直器来调节。
光束宽度的调节通常通过旋转一个光束宽度调节旋钮来实现。
使用光栅常量测定是分光计的重要应用之一、光栅常量是光栅片的一个重要参数，它描述了光栅的光栅面积、刻痕数和波长之间的关系。
光栅常量的测定通常使用分光计的光栅扫描和分析功能。
光栅扫描是光栅常量测定的关键步骤之一、在光栅扫描过程中，光栅片会旋转，并且光栅片前面的光束会通过光栅片。
通过对扫描过程中的光束进行分析，可以确定光栅的光栅常量。
分光计的光谱分析功能可以用来测量扫描过程中的光的强度和波长。
通过测量光束强度和波长之间的关系，可以确定光栅的光栅常量。
光栅常量的测定通常需要使用一些标准光源进行校准，以提高测量结果的准确性。
光栅常量的测定可以应用于许多领域，例如光学仪器校准、光谱分析和光学元件研究等。
通过测量光栅常量，可以了解光栅的特性，并为精确的光学测量和分析提供基础。
总之，分光计的调节和使用光栅常量测定是分光计的重要功能之一、通过调节分光计的波长、入射光强度和光束宽度，可以确保测量到的光具有适当的特性。
使用光栅常量测定可以确定光栅的光栅常量，并为光学测量和分析提供准确的基础。
大学物理实验-分光计的调整和使用
记录数据
在实验报告中详细记录每 次测量的起始角度、终止 角度以及对应的角度差值。
数据处理
根据测量结果计算平均值、 标准差等统计量，分析测 量结果的可靠性。
数据绘图
将测量结果绘制成图表， 如角度与刻度盘读数的关 系图，便于分析和比较。
误差分析
01 02
系统误差
由于仪器本身的不完善、环境因素（如温度、湿度）的影响以及实验方 法的局限性等引起的误差。系统误差可以通过校准仪器、控制实验条件 和改进实验方法等方式减小。
分光仪的调整和使用对于实验结果的影响非常大，因此需要掌握其基本原理和操作 方法。
本实验将通过实际操作，让学生了解分光仪的结构和工作原理，掌握其调整和使用 方法，为后续的光谱分析和物理实验打下基础。
02 分光计的原理
分光计的结构
望远镜用于观察棱 镜光谱，并调节棱 镜角度。
载物台用于放置棱 镜，可以在刻度盘 上移动。
大学物理实验-分光计的调整和使 用
contents
目录
• 引言 • 分光计的原理 • 分光计的调整 • 分光计的使用 • 实验总结与思考
01 引言
实验目的
掌握分光计的调整和 使用方法
了解分光仪在光谱分 析和物理实验中的应 用
学习测量光波波长的 原理和技术
实验背景
分光仪是一种用于测量光波波长的精密仪器，广泛应用于光谱分析和物理实验中。
细调
调节望远镜的焦距
01
通过调节望远镜的焦距，使望远镜能够清晰地观察到分光计刻
度。
微调载物台和测角仪
02
通过微调载物台和测角仪的位置，使分光计的读数更加准确。
重复调整
03
在调整过程中，可能需要重复进行粗调和细调，以确保分光计
南昌大学物理实验报告分光计的调节与使用
分光计的调整及光栅常数的测量一 实验目的1了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法。
2观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。
3学会测定光栅的光栅常数.二 实验仪器分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等三 实验原理衍射光栅、光栅常数图40-1中a 为光栅刻痕(不透明)宽度，b 为透明狭缝宽度。
d=a+b 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。
它是光栅基本参数之一。
图40-1 图40-2 光栅衍射原理图图40-1中a 为光栅刻痕(不透明)宽度，b 为透明狭缝宽度。
d=a+b 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。
它是光栅基本参数之一。
2．光栅方程、光栅光谱由图40-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为：ϕϕsin sin )(d b a =+=∆式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b 为光栅常数，若在光栅片上每厘米刻有n 条刻痕，则光栅常数n b a 1)(=+cm 。
为衍射角。
当衍射角 满足光栅方程：λϕk d =sin ( k =0，±1，±2…) （40-1） 时，光会加强。
式中 为单色光波长，k 是明条纹级数。
如果光源中包含几种不同波长的复色光，除零级以外，同一级谱线将有不同的衍射角。
因此，在透镜焦图40-3平面上将出现按波长次序排列的谱线，称为光栅光谱。
相同k值谱线组成的光谱为同一级光谱，于是就有一级光谱、二级光谱……之分。
图40-3为低压汞灯的衍射光谱示意图，它每一级光谱中有4条特征谱线：紫色1= 435．8nm，绿色2=546．1nm，黄色两条3= 577．0nm和4=579．1nm。
四实验步骤1 调节分光计（1）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。
分光计的调节和使用 光栅常量的测定
大学物理实验报告（分光计的调节和使用）一、实验目的：1.了解分光计的基本结构和原理；2.掌握分光计的调整要求和调整方法；3.调整分光计，使其达到最佳工作状态，可进行精密测量；4.用调整好的分光计测三棱镜的顶角；5.观察光栅衍射现象，理解光栅衍射基本规律；6.学会用分光计测光栅常数。
二、实验原理：①分光计的调节和使用分光计主要由五个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。
不同型号分光计的光学原理基本相同。
JJY型分光计如图3-7-1所示。
1．底座分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。
2．平行光管平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。
平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。
狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。
当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。
3．自准直望远镜阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。
它用来观察和确定光线行进方向。
自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。
其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45º全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一个“十”形透光的窗口，当小电珠光从管侧经另一直角面入射到棱镜上，即照亮“十”字窗口。
调节目镜，使目镜视场中出现清晰的“”形叉丝。
在物镜前方放置一平面镜，然后调节物镜，使分划板位于物境焦平面上，那么从棱镜“十”字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向前方平面境，其反射光又经物镜成像于分划板上。
这时，从目镜中可以看到清晰的“”形叉丝和绿色“十”字像。
此时望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。
如果平面境的法线与望远镜光轴方向一致，则绿色“十”字像位于分划板“”形叉丝的上横线上，如图3-7-3中的视场。
4.载物台载物台套装在游标盘上，可以绕中心轴转动，它用来放置光学元件。
2007-6-13分光计调节及光栅常数的测定讲解
第3章 基础物理实验3.7 分光计的调节及光栅常数的测定分光计又称光学测角仪，是一种分光测角光学实验仪器。
它常用来测量折射率、色散率、光波波长、光栅常数和观测光谱等。
分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，学好分光计的调整和使用，可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础。
3.7.1 分光计的调节【实验目的】了解分光计的结构和基本原理，学习调整和使用方法。
【分光计的结构和原理】分光计主要由五个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。
不同型号分光计的光学原理基本相同。
JJY 型分光计如图3-7-1所示。
图3-7-1 JJY 型分光计12357648916101218(back)1711 1514131920 2122231．狭缝装置2．狭缝装置锁紧螺钉3．平行光管4．元件夹5．望远镜6．目镜锁紧螺钉7．阿贝式自准直目镜8．狭缝宽度调节旋钮9．平行光管光轴高低调节螺钉10．平行光管光轴水平调节螺钉11．游标盘止动螺钉12．游标盘微调螺钉13．载物台调平螺钉（3只）14．度盘15．游标盘16．度盘止动螺钉17．底座18．望远镜止动螺钉19．载物台止动螺钉20．望远镜微调螺钉21．望远镜光轴水平调节螺钉22．望远镜光轴高低调节螺钉23．目镜视度调节手轮1．底座分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。
2．平行光管平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。
平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。
狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。
当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。
图3-7-2 平行光管3．自准直望远镜阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。
它用来观察和确定光线行进方向。
自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。
其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45º全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一个“十”形透光的窗口，当小电珠光从管侧经另一直角面入射到棱镜上，即照亮“十”字窗口。
分光计的调节及光栅常数的测量
南昌大学物理实验报告
课程名称：大学物理实验
实验名称：分光计的调节与光栅系数的测量学院：
专业班级：
学生姓名：学号：
实验地点：311 座位号：9
实验时间：
()
1 4.调整平行光管
1）目测粗调至平行光轴大致与望远镜光轴相一致
2）打开狭缝，从望远镜中观察，同时调节目镜，直到看见清晰的狭缝像为止，然后调节缝宽，使望远镜视场中缝宽约为1mm 。
3）调节平行光管的倾斜度，达到右图的状态，此时平行光管与望远镜的光轴在同一水平面内，并与分光计中心轴垂直。
4）消除视差，稍微移动望远镜的目镜套筒及转动目镜，最后达到移动头部时，准线与像无相对移动为止
5.光栅和棱镜一样，是重要的分光原件，已广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中，实际上平面平面透射光栅是一组数目极多的等宽等间距的平行狭缝，如下图所示
狭缝光源S 位于透镜1L 的物方焦平面上，G 为光栅，光栅上相邻狭缝间距d ，狭缝缝宽a ，缝间 不透光部分宽为b ，b a d +=称为光栅常量。
本实验所用的全息光栅，则是用全息技术将一系列致密的、等距的干涉条纹在涂有乳胶的玻璃片上感光，经处理后，感光的部分成为不透明的条纹，而未感光的部分成透光的狭缝。
每相邻狭缝间的距离d 就
是光栅常量d ，如右图所示。
自1L 射出的平行光垂直照射在光栅G 上，透镜2L 将与光栅法线成θ角的衍射光汇聚于其像方焦面上的θP 点，产生衍射亮条纹的条件是 λθk d =sin
上式称为光栅方程，式中θ是衍射角，λ是光波波长，k 是条纹级数（0=k ，1±，2±，…），衍。
大学物理实验《分光计的调整与使用》
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数据记录及处理
谱线 游标读数
蓝 左右
-1 级α-
+1 级α+
左
1 2
1
1
右
1 2
11 12
绿 左右
黄1 左右
黄2 左右
1 2
1
2
d sin
标 (10 -6 m)
标
Er
标
100 %
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思考题
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减半调节法
每次让十字像向分划板上十字线靠近一半，转过180°后， 再靠近一半。对于每一个反射面的每一次调节都必须是： 载物台和望远镜各调一半。如此反复调节，可较快的使十 字像与分划板上十字线重合。
分
划
a
a/2
板
返回
十字像
分
划
亮十字
板
返回
调整平行光管
用已调整好的望远镜来调整平行光管。 调整方法：
望远镜
望远镜是由物镜和自准直目镜（内有分划板叉丝和 小十字）组成的一个圆筒。照明望远镜内部视场 （带有小十字的分划板叉丝）的小灯泡的光自筒下 面进入望远镜中，通过与镜轴成45°角的半透半反平 玻璃反射照亮分划板叉丝和小十字。
平行光管
在圆筒平行光管的末端有一狭缝，其宽度由狭缝宽度调 节手轮调节。狭缝整体被固定在一个可伸缩的套筒上。 平行光管的另一端装有消色差透镜组。调整可伸缩的套 筒，当被照亮的狭缝恰好位于透镜的焦平面上时，由平 行光管出来的是平行光束，调整好狭缝的焦距后，可用 狭缝装置锁紧螺丝锁定。平行光管的水平度可用平行光 管光轴高低调节螺丝来调节。
分光计的调整与使用
哈尔滨工程大学物理实验中心
分光计调整及光栅常数测量实验报告
分光计调整及光栅常数测量实验报告实验目的：调整分光计，测量光栅的常数。
实验原理：1.分光计调整原理：分光计是一种用于测量光的波长和频率的仪器。
分光计主要由鲍尔根定律原理来进行调整，即光栅平面上任意一个入射光束与平面波的等位面平行，即入射光束垂直于光栅平面。
2.光栅常数测量原理：光栅是指一种平行等间距排列的透明或不透明条纹，常用于分光仪器中。
测量光栅常数的常用方法是根据光栅方程，即nλ=d·sinθ，其中n 为光的次级衍射，λ为光的波长，d为光栅常数，θ为入射角度。
实验步骤：分为调整分光计和测量光栅常数两个部分。
调整分光计的步骤如下：1.设置光源并调整亮度，确保光源充分明亮。
2.调整分光计的单色仪，使之接收到一条稳定的单一波长的光。
3.调整分光计的望远镜，使其与单色仪中的光完全重合。
4.调整接收屏，确保光栅上的光平行。
测量光栅常数的步骤如下：1.将光源对准分光计，确保光线垂直照射到光栅上。
2.调整入射角度，使得光栅衍射的主极大完全重合。
3.记下入射角度和衍射角度。
4.根据光栅方程，计算光栅常数。
实验结果：1.调整分光计的结果：经过调整，分光计能够准确地接收到一条稳定的单一波长的光，并且光线重合完全。
2.测量光栅常数的结果：入射角度为θ1，衍射角度为θ2，根据光栅方程计算得到光栅常数为d。
实验讨论：1.调整分光计部分：调整分光计时，要确保光源充分明亮，以确保接收到的光线稳定。
同时，要仔细调整望远镜和接收屏，以确保光线能够完全重合。
2.测量光栅常数部分：在测量光栅常数时，要注意调整入射角度，使得光栅衍射的主极大完全重合，以确保测量结果的准确性。
实验结论：通过调整分光计和测量光栅常数的实验，我们成功地调整了分光计，并测量到了光栅的常数。
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实验 10 分光计的调节与应用——光栅衍射法测光波波长分光计是一种精确测量角度的光学仪器。
利用它不但能测出反射角、透明介质的折射角、光栅的衍射角、棱镜的顶角、劈尖的角度，从而确定与这些角度有关的物理量，如折射率、光波波长、色散率、光栅常数等，而且它的结构和调节方法与其它一些光学仪器（如摄谱仪、单色仪等）相类似。
因此，有必要掌握分光计的调整和使用方法。
【实验目的】1.了解分光计的主要构造及各部分的作用。
2.掌握分光计的调节要求和使用方法。
3.观察光栅衍射现象，测量汞灯在可见光范围内几条强光光谱线的波长。
【仪器用具】JJY 型分光计、汞灯及电源、透射式平面刻痕光栅、平面反射镜【实验原理】1.光栅衍射的原理光的衍射现象是光的波动性的一种表现，它说明光的直线传播是衍射现象不显著时的近似结果。
研究光的衍射不仅有助于加深对光的波动特性的理解，也有助于进一步学习近代光学实验技术，如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、光学信息处理等。
光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，它能产生谱线间距较宽的匀排光谱。
光栅不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波，常用在光谱仪上。
光栅在结构上有平面光栅、阶梯光栅和凹面光栅等几种，从观察的方向又分为透射式和反射式两类。
本实验选用透射式平面刻痕光栅。
透射式平面刻痕光栅是在光学玻璃片上刻划大量相互平行、宽度和间隔相等的刻痕而制成的。
光栅上的刻痕起着不透光的作用，光线只能在刻痕间的狭缝中通过，因此，光栅实际上是一排密集、均匀而又平行的狭缝，刻痕间的距离称为光栅常数。
如图 15-1 所示，设有一光栅常数d AB的光栅G，一束平行光以入射角 i (入射光与光栅法线的夹角)，入射于光栅上产生衍射，衍射角为(衍射光与光栅法线的夹角) 。
从B点作BC垂直于入射线 CA ，作BD垂直于衍射线AD，则这两条相邻的入射光线的光程差为 CA +AD。
如果在这个方向上由于光振动的加强而在 F 处产生一个明条纹，则光程差 CA +AD应等于波长的整数倍，即：图 15-1 光栅的衍射d (sin sin i )K K0， 1,2, ,(15-1)（ 15-1）式就是光栅方程式。
式中 d 是光栅常数，是入射光的波长，K 是光谱的级次。
当入射光线与衍射光线都在光栅法线的同侧时，(15-1)式等式左边括号内取正号，两者分居法线异侧时取负号， K 的符号取决于光程差的符号。
若平行光垂直照射到光栅上，则i=0，(15-1) 式变成：d sin K K K0, 1, 2（ 15-2）式中，K为第 K 级谱线的衍射角。
如果入射光不是单色光，由（ 15-2）式可以看出，光的波长不同，其衍射角K 也各不相同，于是复色光将被分解，而在中央K 0 ，K0 处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹。
在中央明条纹两侧对称地分布着K1, 2级光谱，各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线，这样就把复色光分解为单色光。
如图 15-2 所示。
如果已知光栅常数 d ，用分光计测出 K 级光谱中某一明条纹的衍射角K，按（ 15-2）式就可以计算出该明条纹所对应的单色光的波长。
光栅作为一种色散元件，其基本特性可用分辨率R 和色散率 D 来表征。
分辨率R 定义为两条刚可被分开的谱线的波长差除该波长。
即：R（ 15-3 ）图 15-2 光栅衍射光谱示意图理论上可证明：R KN（ 15-4 ）式中， N 是被入射平行光照射的光栅的总刻痕数。
由于衍射光强随衍射角增大而减弱，故级数 K 不会高，所以光栅的分辨率主要由狭缝总数目N 决定。
光栅的色散能力用角色散率（简称色散率） D 表示。
它是同级光谱中两条波长相近的谱线偏向角之差与二者波长差之比：D（ 15-4）对（ 15-2）式微分，即得色散率为：D K（ 15-5）d cos因为与同一级内各谱线波长对应的偏向角变化不大，所以 cos 近似为常数，各光谱线之间的与相应的成正比，光栅的色散曲线近似直线。
这也说明了光栅光谱的匀排特点。
2.自准直望远镜的原理用分光计测量角度，是根据光的反射和折射定律测量入射光和出射光的方位角而实现的。
要达到测量的目的，分光计必须满足以下三个要求：①望远镜能观察平行光；②平行光管能发射平行光；③望远镜的光轴和平行光管的光轴与仪器转轴垂直。
为此，分光计上装有能产生平行光的平行光管，能接收平行光的望远镜，以及能承载光学元件的载物平台，这三者的方位都能利用各自的调节螺钉作适当的调整。
为了测出角度，还配有读数用的刻度盘和游标盘。
它们构成了分光计的主要部件。
分光计的望远镜使用的是阿贝式自准直望远镜，所谓自准直就是利用光学成像原理使物和像都处在同一个平面上的方法，自准直望远镜是利用无限远的物经平面镜反射仍成像在无限远这个成像原理实现自准直的。
图15-3 为阿贝式自准直望远镜的结构图，其主要部件为一包括目镜和双十字分划板等光学部件的自准直目镜，要实现自准直，须先将贴着分划板的绿十字透光窗照亮，使其成为一发光的物体，调节目镜，使它处在目镜的焦平面上以便于观察，然后调节它的位置，使它处在物镜的焦平面上时，经望远镜出射后成平行光，被平面镜反射后该平行光又射回望远镜 ( 对于望远镜来图 15-3 自准直望远镜的结构1-平面镜； 2-物镜； 3-双十字分划板； 4- 入射光； 5-绿十字透光窗； 6- 绿色棱镜；7- 目镜； 8-绿十字反射像说该平行光如同来自无限远的物 )，成像在分划板上 (对于平面镜来说如同来自无限远的物被反射后仍成像在无限远 )，这样，像和物就处在同一平面上了，望远镜就能适合平行光了。
【仪器介绍】1.JJY 型分光计的构造图 15-4 JJY 型分光计的结构示意图1- 平行光管狭缝锁紧螺钉；2- 平行光管狭缝装置；3-平行光管狭缝调节螺钉；4-平行光管倾斜度调节螺钉；5-平行光管水平方向调节螺钉； 6-平行光管， 7-载物台锁紧螺钉；8-载物台； 9- 载物台调平螺钉； 10-望远镜； 11-望远镜目镜锁紧螺钉；12-望远镜目镜调焦螺旋；13-小电珠； 14-望远镜倾斜度调节螺钉；15-望远镜水平方向调节螺钉(背面 )；16-游标盘； 17-转座水平方向微调螺钉(背面 )； 18-游标；19-刻度盘； 20-底座； 21-转座与刻度盘锁定螺钉；22-转座； 23-望远镜止动螺钉 ( 背面 )；24-游标盘微动螺钉； 25-游标盘止动螺钉JJY 型分光计的外型结构如图15-4 所示。
分光计的构造可以分为四大部分，即平行光管、望远镜、载物台、读数装置及底座。
各部分的作用如下：（ 1）平行光管平行光管 6 的作用主要是用来产生平行光。
它的外端装有可前后移动的、宽度可调的狭缝装置2，另一端装有消色差透镜组。
当狭缝恰好位于透镜的焦平面上时，平行光管就能射出平行光。
（ 2）望远镜望远镜 10 的作用主要是用来接收来自平行光管的平行光。
点亮望远镜下的小电珠13，光线照亮绿色棱镜上的十字透光窗而使它成为发光体，利用自准直原理调节望远镜，当目镜视场中双十字分划板、绿色小棱镜、绿十字反射像均清晰时，望远镜就被调到适合平行光了。
（ 3）载物台载物台 8 是一个用来放置平面反射镜、光栅等光学元件的平台，它可以绕分光计中心轴转动或升降。
载物台底部有三个调平螺钉 9，用来调节台面水平；台面上还有一条压簧片，可用来压紧台上的物体。
（ 4）读数装置及底座分光计的读数装置是由游标盘16 和刻度盘 19 组成的，其结构如图15-5 所示。
沿刻度盘圆周的刻线将其分为720 个等分，即最小分度为0.5°（ 30′），小于 0.5°则利用游标读数。
游标盘上图 15-5读数装置沿直径方向设置有两个游标，游标上刻有 30 小格 (图 15-5(b)) ，对应于刻度盘上 29 格，即与刻度盘相差1 格（ 30′），因此，游标的格值为 1′。
读数时，首先从游标的零线所对的刻度盘示数读出度数（读至0.5°），再读出游标上与刻度盘刻线重合得最好的游标读数，两者相加即为最终读数。
例如，图 15-5(b) 所示的角度读数应为 331° 55′。
理论上来说，刻度盘的转轴应与分光计中心轴相重合，但在制造上总存在一定的误差，即存在着偏心差，为消除偏心差，在转轴直径上设置了两个位置相差180°的游标，测量时，两个游标都应读数，然后算出每个游标两次读数的差，再取平均值。
这个平均值即为消除了偏心差后的望远镜转角读数（证明见附录）。
具体说明如下：设望远镜从位置 1 转到位置 2 时，所转过的角度为12，如图 15-6 所示，则12 的计算方法是：读出望远镜在位置 1 时，游标盘上左、右游标的示数1左， 1右，然后将望远镜转至位置2，再读出望远镜在位置 2 时游标盘上左、右游标的示数2左，2右，则有2 左1左2右1右122（ 15-6 ）如果测量时，刻度盘的零刻线曾经经过左游标或右游标的零刻线，则测量数据需加上360°图 15-6 望远镜的转角再计算。
根据（15-6）式，可以计算各光谱线的衍射角。
例如，若望远镜在图 15-6所示的位置 1 时，正对汞光谱线中K 1 级的绿谱线，当望远镜转到位置2时，正对汞光谱线中K1 级的绿谱线，则望远镜的转角12 与绿谱线的衍射角之间满足关系式：12 2 左1左2右1右（15-7 ）242.分光计的调整程序按照分光计的调整要求，对照图15-4 进行如下调节：（ 1）分光计的粗调1）将望远镜10 转到正对平行光管 6 的位置，调节平行光管水平方向调节螺钉 5 和望远镜水平方向调节螺钉15，使望远镜光轴与平行光管光轴基本在一条直线上，并通过分光计中心轴；2）调节平行光管倾斜度调节螺钉 4 和望远镜倾斜度调节螺钉14，使望远镜的光轴和平行光管的光轴均与分光计中心轴基本垂直；3）调节载物台 8 的三个调平螺钉9，使载物台基本水平；4）打开电珠电源，照亮望远镜目镜视场中绿色小棱镜上的十字透光窗，按照图 15-7 所示将平面反射镜置于载物台上。
图中，a1，a2， a3分别为载物台下面的三个调平螺钉，平面镜垂直于a1， a2螺钉的连线放置，这样做的好处是将三个螺钉的调节简化为一个螺钉（ a1或 a2）的调节了 (想一想，为什么能使调节简化？)。
图 15-7平面镜放置图 (俯视 ) 5）旋紧载物台锁紧螺钉7，转动游标盘 16 带动载物台，观察目镜视场中平面反射镜反射回来的绿十字像，先调节目镜调焦螺旋12 使双十字叉丝清晰，再松开螺钉11，前后移动目镜使绿十字像清晰，并注意消除视差 (消除视差的办法参见“绪论”第 3 部分——“常用测量仪器”介绍)，转动目镜使十字叉丝竖丝铅直；松开平行光管狭缝锁紧螺钉1，移动和转动狭缝装置2，使平行光管狭缝像清晰、铅直。