用分光计测光栅常数-详细讲解共23页
分光计调节及光栅常数测定
光栅常数的测定
平行光垂直入射光栅常数为 d 的光栅
d
当衍射角f满足
d sinϕ = kλ
(k = 0，1 ± ⋯) ± ，2，
屏上出现亮条纹。波长 已知时，测出第k级条纹对应 的衍射角f，即可由光栅方程算出光栅常数d 。
实验步骤
1. 在调好分光计的基础上，拿掉半反镜放上光栅；
龙作友 2011年 2011年2月
实验目的
1. 了解分光计的结构和基本原理 2. 学习调整和使用方法 3. 观察光栅衍射现象，理解光栅衍射的基本规律 4. 学会用分光计测光栅常数
分光计的结构和原理
分光计的调节
分光计的调节要求 1. 望远镜聚焦于无穷远； 2. 平行光管能发射平行光； 3. 望远镜和平行光管的光轴均与分光计轴正交； 4. 载物台法线与分光计轴平行。
O'
若平面镜平行分光计轴，则载物台转过180°反射面法 若平面镜平行分光计轴，则载物台转过180° 线方向不变， 反两面反射的绿十字均如上图所示。 线方向不变，正、反两面反射的绿十字均如上图所示。 O 两面绿十字均在“上十字” 两面绿十字均在“上十字”处，望远镜光轴垂直分光计 轴。
2 调望远镜光轴垂直分光计轴
O'
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；
分光计补充讲义：光栅常数及光波波长测量
d sin k , k 0, 1, 2
(1)
在该衍射角方向上的光强会加强，其他方向几乎完全抵消。式（1）称为光栅方程，式中 是 衍射角， 是光波波长， k 是光谱的级数， d 是缝距，即相邻两狭缝上对应点之间的距离，称为光 栅常数。它的倒数 1 / d 叫做光栅的空间频率。 当入射平行光不与光栅表面垂直时，光栅方程式应写成
Hale Waihona Puke 用分光计测出各条谱线的衍射角 。若已知光波波长，由式（1）可以得到光栅常数 d ；若已 知光栅常数 d ，由式（1）可以得到待测光波波长 。 [实验内容] 1.仪器调节 本实验在分光计上进行。 要使实验满足式 （ 1） 成立的条件， 入射光应该是垂直入射的平行光， 衍射后要用聚焦于无穷远的望远镜观察和测量。 为了保证测量准确， 衍射谱线的等高面应该与分光 计转轴垂直。 所以， 对分光计的调节要求是： 1） 平行光管产生平行光； 2） 望远镜聚焦于无穷远 （既 能接收平行光） ；3）使平行光管和望远镜的光轴都垂直仪器的转轴；4）光栅平面与平行光管光轴 垂直；5）光栅的刻痕与仪器转轴平行。 上述 1）至 3）部分的调节同《测量三棱镜折射率》实验内容。4） 、5）部分的调节如下： 4）调节光栅平面（即刻痕所在平面）与平行光管光轴垂直。调节方法是：先用低压汞灯把平 行光管的狭缝照亮，使望远镜目镜中分划板中心垂直线对准狭缝像。然后固定望远镜。把光栅放置 在载物台上（如图 3） ，根据目测使光栅平面垂直平分 b1b2 连线，而 b3 应在光栅平面内，并使光栅平 面大致垂直于望远镜。再用自准直法调节光栅平面，直到从光栅平面反射镜反射回来的亮“+”字像 与分划板 MN 线重合。此时光栅平面与望远镜光轴垂直。在调节平行光管狭缝像与“+”字像重合，
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。
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。
分光计测定光栅常数实验数据
分光计测定光栅常数实验数据在我们的物理实验室里，今天的任务就是用分光计测定光栅常数。
这可不是一件简单的事，毕竟光栅常数听起来就像是个高大上的东西。
大家可能会想，光栅到底是什么呢？简单来说，它就是一个像棋盘一样的小东西，上面布满了许多细小的缝隙，这些缝隙就像是通向彩虹的门，让不同波长的光线透过时，分开成一条条美丽的光谱。
想想看，那可真是个“百花齐放”的场面，五光十色，眼花缭乱。
于是，我们一群小伙伴兴冲冲地围在分光计旁边，准备展开这场光的探险。
我们得把光源打开，哦，瞬间房间里就亮了起来，仿佛进入了一个魔法世界。
我们调节分光计，确保光线能够精准地射入光栅。
光栅上的每一个缝隙，仿佛都在期待我们的到来。
调试过程中，有几个小伙伴手忙脚乱，把仪器搞得七零八落，哈哈，真是让人忍俊不禁。
不过，这就是实验的乐趣嘛，没点小插曲怎么能算得上是一场精彩的探险呢？我们开始记录数据。
大家纷纷拿起尺子，开始测量光斑的位置。
这里面可有大学问，得小心翼翼，生怕一不小心就错过了那些光斑。
这时，一个伙伴突然喊道：“哎呀，光跑得可真快啊！”大家都笑了，因为我们知道，光速可是每秒三十万公里，根本不跟你客气。
每次看到那清晰的光斑，我们心里都乐开了花，仿佛抓住了某种神秘的力量。
然后，就是计算光栅常数的时刻。
把测量的数据整理好，像拼图一样，努力将每一块都拼接起来。
这个过程就像在解密，眼前的公式让人感到一丝紧张，但也有种豁然开朗的快感。
随着一行行数字的跳动，心中那股期待感越来越强，最终得出的结果就像打开了一扇新世界的大门。
我们大声欢呼，光栅常数的值在我们的努力下终于揭晓，简直是如梦似幻，太有成就感了。
在实验的尾声，大家开始分享自己的感受。
有人说：“我觉得今天真是太有意思了，不光学到了知识，还锻炼了我们的团队合作。
”另一个小伙伴附和道：“是啊，大家一起奋斗的感觉，真是‘一鼓作气’的快感。
”听着大家的感慨，我不禁想起了那句老话：“众人拾柴火焰高。
”这次实验真的是个团结合作的大好机会，让我们彼此更加了解，也增进了友谊。
试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。
用分光计测光栅常数和光波的波长
⽤分光计测光栅常数和光波的波长衍射光栅是⼀种⾼分辨率的光学⾊散元件，它⼴泛应⽤于光谱分析．随着现代技术的发展，它在计量、⽆线电、天⽂、光通信、光信息处理等许多领域中都有重要的应⽤．【实验⽬的】1．观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点．2．测定光栅常数和汞黄光的波长．3．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作⽤，并加深对光的波动性的认识．【实验仪器与⽤具】分光计1台，光栅1个，低压汞灯1个．【实验原理】普通平⾯光栅是在⼀块玻璃⽚上⽤刻线机刻画出⼀组很密的等距的平⾏线构成的．光波射向光栅，刻痕部分不透光，只能从刻痕间的透明狭缝过．因此，可以把光栅看成⼀系列密集、均匀⽽⼜平⾏排列的狭缝．图15—1光栅衍射图光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发⽣衍射，⽽衍射光通过透镜后便互相⼲涉．因此，本实验光栅的衍射条纹应看做是衍射与⼲涉的总效果．下⾯我们来分析平⾏光垂直射到光栅上的情况(图15－1)．设光波波长为λ，狭缝和刻痕的宽度分别为a和b，则通过各狭缝以⾓度φ衍射的光，经透镜会聚后如果是互相加强，在其焦平⾯上就得到明亮的⼲涉条纹．根据光的⼲涉条件，光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹．由图15－1可知，衍射光的光程差为(a+b)sinφ，于是，形成亮条纹的条件为：(a+b)sinφ= Kλ，K = 0，±1，±2，…或d sinφ＝Kλ．（15－1）式中，d＝a+b称为光栅常数，λ为⼊射光波波长，K为明条纹(光谱线)级数，φ是K级明条纹衍射⾓．K＝0的亮条纹叫中央条纹或零级条纹，K＝±1为左右对称分布的⼀级条纹，K ＝±2为左右对称的⼆级条纹，以此类推．光栅狭缝与刻痕宽度之和a+b称为光栅常数．若在光栅⽚上每厘⽶宽刻有n条刻痕，则光栅常数d＝(a+b)= cm．当a+b已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射⾓φ，通过式(15－1)即可算出光波波长λ．当λ已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射⾓φ，通过式(15—1)可计算出光栅常数．图15－2 光栅的放置在λ和a+b⼀定时，不同级次的条纹其衍射⾓不同．如a+b很⼩，则光栅衍射的各级亮条纹分得很开，有利于精密测量．另外，如果K和a+b⼀定时，则不同波长的光对应的衍射⾓也不同．波长愈长衍射⾓也愈⼤，有利于把不同波长的光分开．所以光栅是⼀种优良的分光元件．【实验容和步骤】1．调整分光计参照实验⼗六．调整望远镜使其能接收平⾏光，且其光轴与分光计的中⼼轴垂直；调整载物台平⾯⽔平且垂直于中⼼轴；调整平⾏光管发出平⾏光，且光轴与望远镜等⾼同轴．2．测定光栅常数(1)放置光栅．按图15—2所⽰，将光栅放在载物台上，先⽤⽬视使光栅平⾯与平⾏光管光轴⼤致垂直(拿光栅时不要⽤⼿触摸光栅表⾯，只能拿光栅的边缘)，使⼊射光垂直照射光栅表⾯．(2)调节光栅平⾯与平⾏光管光轴垂直．接上⽬镜照明器的电源，从⽬镜中看光栅反射回来的亮⼗字像是否与分划板上⽅的⼗字线重合．如果不重合，则旋转游标度盘，先使其纵线重合(注意：此时狭缝的中⼼线与亮⼗字的纵线、分划板的纵线三者重合)，再调节载物台的调平螺钉2或3使横线重合(注意：绝不允许调节望远镜系统)，然后旋紧游标盘⽌动螺钉，定住游标盘，从⽽定住载物台．(3)观察⼲涉条纹．去掉⽬镜照明器上的光源，放松望远镜⽌动螺钉16，推动⽀臂旋转望远镜，从⽬镜观察各级⼲涉条纹是否都在⽬镜视场中⼼对称，否则调节载物台下调平螺钉l，使之中⼼对称，直到中央明条纹两侧的衍射光谱基本上在同⼀⽔平⾯为⽌．(4)测衍射⾓．①推动⽀臂使望远镜和度盘⼀起旋转，并使分划板的⼗字线对准右边绿⾊谱线第⼀级明纹的左边缘(或右边缘)；旋紧望远镜⽌动螺钉16，旋转望远镜微调螺钉，精确对准明纹的左边缘(或右边缘，注意对以后各级明纹都要对准同⼀边缘)，从A、B两游标读取刻度数，记为、．同理测出左边绿⾊谱线第⼀级明纹的刻度数、，则第⼀级明纹的衍射⾓为(衍射光谱对中央明纹对称，两个位置读数之差的l／2即为衍射⾓φ) ，如图15—3所⽰，，．取平均得第⼀级明纹衍射⾓的平均值：图15—3衍射⾓的测定将代⼊(15－1)式求得d1．②⽤上述同样的⽅法测得绿⾊谱线第⼆级明纹的衍射⾓，同理求得d2 ，则所测光栅常数3．测定待测光波的波长转动望远镜，让⼗字叉丝依次对准中央条纹左、右两边K＝±l、K±2的黄线亮条纹，按上述相同的⽅法，测出其衍射⾓、．由于已知d，将其代⼊(15－1)式，则得出λ1、λ2，故说明：为避免漏测数据，测量时也可将望远镜移⾄最左端，从－2、－l到＋1、＋2级依次测量．【数据记录及处理】1．测定光栅常数由式(15－1)得d＝，绿光波长．表15—1 测定光栅常数数据表计算误差：= (△为衍射⾓的平均误差)．结果表⽰d ＝±△d ＝±．2．测定黄光波长表15—2 测定黄光波长数据表计算误差：△= [△d／d ＋（cot ）△]= ，结果= ±△= ±．【注意事项】1．光栅是精密光学器件，严禁⽤⼿触摸刻痕，以免弄脏或损坏．2．⽔银灯的紫外线很强，不可直视，以免灼伤眼睛．3．分光计各部分调节⼀定要细⼼、缓慢，如发现异常现象，要及时报告．【思考题】1．光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处?2．⽤光栅观察⾃然光，看到什么现象?为什么紫光离中央0级条纹最近，红光离0级条纹最远?3．光狭缝太宽或太窄时，将会出现什么现象?为什么?4．按图15—2放置光栅有何好处?5．⽤光栅测定光波波长，对分光计的调节有什么要求?6．利⽤＝5893 的纳光垂直⼊射到1mm 有500条刻痕的平⾯透射光栅上时，最多能看到⼏级光谱?1．进⼀步熟悉掌握分光计的调节和使⽤⽅法；2．观察光线通过光栅后的衍射现象；3．测定衍射光栅的光栅常数、光波波长和光栅⾓⾊散。
光栅常数测定
光栅常数测定实验5—3 光栅常数测定【实验目的】1. 了解光栅的重要性能和光栅常数的测定。
2. 熟悉“缝”及“孔”的夫琅和费衍射图形。
3. 掌握分光计的调节与使用。
【实验原理】本实验使用的是平面全息光栅，它相当于一组数目极多、排列紧密均匀的平行狭缝。
据夫琅和费的衍射理论可知，当一束平行光垂直照射到光栅平面上时，每条狭缝对光波都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉。
如衍射角?符合下列条件：sin (0,1,2)d K k ?λ==±± （5-3-1）图5-3-1 图5-3-2在该衍射角?方向上的光将会加强。
其他方向上将抵消。
（5-3-1）式为光栅方程，式中K 为衍射光谱的级数，λ是光波波长，?为衍射角，d 为相邻两狭缝中相应点之间的距离。
d=a+b 称为光栅常数，a 为透明狭缝宽度，b 为不透明部分的宽度（如图5-3-1）。
如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的后焦面上将出现一系列彼此平行的谱线。
在?=0的方向上可观察到中央极强，称为零级“谱线”。
其它级数的谱线对称地分布在零级谱线的两侧（如图5-3-2）。
如光源中包含有几种不同波长的光，对不同波长的光同一级谱线将有不同的衍射角。
因此透镜的后焦面将出现依波长次序、谱线级数排列的各种颜色的谱线，称为光谱。
【实验仪器】分光计，光栅，汞灯，光学平行平板。
【实验内容与步骤】1.分光计的调节调节分光计总的要求是使平行光管发出平行光，望远镜接收平行光（即望远镜聚焦于无穷远），平行光管和望远镜的光轴与分光计的中心转轴垂直。
调节前应先进行粗调，即用眼睛估测，把载物平台、望远镜和平行光管尽量调成水平，然后再对各部分进行细调。
1) 调节望远镜①目镜的调焦。
目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能很清楚地看到目镜中分划板上的刻线。
先把目镜调焦手轮（11）旋出，然后一边旋进，一边从目镜中观察，直到分划板刻线成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目镜中的像清晰度将被破坏而未破坏时为止。
实验四分光计测光栅常数实验
实验四分光计测光栅常数实验光栅是在一块透明板上刻有大量平行刻痕的光学元件，在每条刻痕处，光会向各个方向散射，光只能从刻痕间狭缝中通过。
因此，可以把光栅看成一组数目很多、排列紧密、均匀而又平行的狭缝，这种根据多缝衍射原理制成的衍射光栅，能产生间距较宽的匀排光谱，从而将复色光分解成光谱，是一种重要的分光元件，可广泛应用于物质光谱分析、计量、光通讯信息处理等方面。
光栅产生的谱线亮度虽比棱镜光谱要小，但谱线间距较宽，因此，它的分辨本领比棱镜高。
一、实验目的：1、熟悉分光计的调整和使用。
2、观察光线通过光栅后的衍射现象。
3、掌握用光栅测量光波长及光栅常数的方法。
二、实验仪器TTY—01型分光计，待测波长的光源，光栅。
三、实验原理：光栅在结构上有平面光栅，阶梯光栅和凹面光栅等几种、同时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互相平行，宽度和间距相等的刻痕制成的。
当光照射在光栅面上时，刻痕处由于散射不易透光，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。
若以单色平行光垂直照射在光栅面上，则透过各狭缝的光线因衍射将向各个方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列被相当宽的暗区隔开的间距不同的明条纹。
按照光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：或：λφk d k ±=sin （ 2.1.0=k ） （1） 式中：d=)(b a +称为光栅常数，λ为入射光波长，k 为明条纹（光谱线）级数，φk 为K 级明条纹的衍射角。
如果入射光不是单色光，则由式（1）可以看出，光的波长不同其衍射角φk 也各不相同，于是复色光将被分解。
而在中央k=0，φk=0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分布着k=1、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。
实验十 光栅常数的测定
实验十用透射光栅测定光波的波长及光栅的参数光在传播过程中的反射、折射、衍射、散射等物理现象都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定．在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义．本实验利用分光计通过对不同色光衍射角的测定，来实现光栅常数、光栅角色散及光源波长等物理量的测量．·实验目的1．进一步练习掌握分光计的调节和使用；2．观察光线通过光栅后的衍射现象；3．学习应用衍射光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法．·实验仪器分光计、双面反射镜、平面透射光栅、汞灯．分光计的结构及调节见实验三．汞灯可分为高压汞灯和低压汞灯，为复色光源．实验室通常选用GP20Hg型低压汞灯作为光源，其光谱如表1所示．实验室通常选择强度比较大的蓝紫色、绿色、双黄线作为测量用．汞灯在使用前要预热5-10min，断电后需冷却5-10min，因此汞灯在使用过程中，不要随意开关．表1 GP20Hg型低压汞灯可可见光区域谱线及相对强度颜色紫紫紫蓝紫蓝紫蓝紫蓝绿λnm404.66 407.78 410.81 433.92 434.75 435.84 491.60 /相对强度1800 150 40 250 400 4000 80颜色绿黄绿黄黄橙红深红λnm546.07 567.59 576.96 579.07 607.26 623.44 690.72 /相对强度1100 160 240 280 20 30 250 衍射光栅是利用多缝衍射原理使入射光发生色散的光学元件，它由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成．在结构上有平面光栅和凹面光栅之分，同时光栅分为透射式和反射式两大类．本实验所用光栅是透射式光栅，其原理如图10-1所示．图10-1 光栅结构示意图·实验原理 ••若以平行光垂直照射在光栅面上，则光束经光栅各缝衍射后将在透镜的焦平面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹（称光谱线）．根据夫琅禾费衍射理论，可得光栅方程：)3,2,1,0(sin =±=k k d k λϕ（10-1）式中d=a+b 称为光栅常数（a 为狭缝宽度，b 为刻痕宽度，如图10-1），k 为光谱线的级数，k ϕ为k 级明条纹的衍射角，λ是入射光波长．如果入射光为复色光，则由（10-1）式可以看出，光的波长λ不同，其衍射角k ϕ也各不相同，于是复色光被分解，在中央k =0，k ϕ=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，称为零级谱线．在零级谱线的两侧对称分布着 3,2,1=k 级谱线，且同一级谱线按不同波长，依次从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱，如图10-2．图10-2 光栅衍射1级光谱由光栅方程可看出，若已知光栅常数d ，测出衍射明条纹的衍射角k ϕ，即可求出光波的波长λ．反之，若已知λ，亦可求出光栅常数d ．将光栅方程（10-1）式对λ微分，可得光栅的角色散率为：ϕλϕcos d k d d D ==（10-2）衍射角k ϕ较小，为了便于估算，一般可将角色散D 近似写为：λϕ∆∆≈D（10-3）角色散是光栅、棱镜等分光元件的重要参数，它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离．由式（10-2）可知，如果衍射时衍射角不大，则ϕcos 近乎不变，光谱的角色散几乎与波长无关，即光谱随波长的分布比较均匀，这和棱镜的不均匀色散有明显的不同．·实验内容与步骤一、分光计及光栅的调节1．按实验三中所述的要求调节好分光计．2．分光计调好之后，将光栅按图3放在载物台上，通过望远镜观察光栅，发现反射回来的叉丝像与分划板的上叉丝不再重合，其原因主要是光栅平面与光栅底座不垂直，这时不能调节望远镜的仰俯，而是通过载物台下的三个螺钉来矫正．具体方法是调节螺钉a 或b ，直到望远镜中从光栅面反射回来的绿十字叉丝像与目镜中的上叉丝重合，至此光栅平面与分光计转轴平行，且垂直于准直管、固定载物台．图10-3 光栅的放置3．调节光栅刻痕与转轴平行转动望远镜，观察光栅光谱线，调节栽物台螺丝c ，使从望远镜中看到的叉丝交点始终处在各谱线的同一高度．调好后，再检查光栅平面是否仍保持与转轴平行，如果有了改变，就要反复调节载物台下的三个螺钉，直到两个要求都满足为止．旋转载物台和望远镜，使分划板的竖线、叉丝反射像的竖线、狭缝的透光方向三线合一，锁定载物台，开始测量． 二、测定光栅常数d方法1：用望远镜观察各条谱线，首先记录白光的角位置，再测量1=k 级的汞灯光谱中紫线（nm 8.435=λ）的角位置，同一游标两次读数之差即为衍射角．重复测5次后取平均值，代入式（10-1）求出光栅常数d ，计算光栅常数的标准不确定度．方法2：用望远镜观察各条谱线，首先测量1-=k 级的汞灯光谱中紫线（nm 8.435=λ）的角位置，转动望远镜，测量1=k 级的汞灯光谱中紫线的角位置，同一游标两次读数之差即为衍射角的2倍．重复测5次后取平均值，代入式（10-1）求出光栅常数d ，计算光栅常数的标准不确定度．（方法1和方法2任选一种）三、测定光波波长选择汞灯光谱中的绿色谱线进行测量，测出相应于1±=k 级谱线的角位置，重复5次后取平均值，算出衍射角．将步骤二中测出的光栅常数d 及衍射角代入式（10-1），就可计算出相应的光波波长．并与标称值进行比较，算出标准偏差． 四、测量光栅的角色散D用汞灯为光源，测量1±=k 级光谱中双黄线的衍射角，双黄线的波长差为2.06nm ，结合测得的衍射角之差ϕ∆，用式（10-3）求出角色散，并算出百分比误差（将D 作为标准值）．用汞灯为光源，测量1±=k 级光谱中双黄线各自的衍射角，将第二步中测出的光栅常数d 代入（10-2）式，分别求出双黄线的角色散；双黄线的波长差为2.06nm ，结合测得的双黄线的衍射角之差ϕ∆，再用（10-3）式求出角色散，将求得的角色散的平均值D 并作为标准值，算出百分比误差．·实验数据测量1、紫谱线（nm 8.435=λ）±1级衍射角测量数据记录表测量序号+1级位置读数-1级位置读数中央零级白光位置读数衍射角φ1φ’1φ2φ’2φ0φ’0123452、其余谱线±1级衍射角测量数据记录表谱线颜色测量序号+1级位置读数-1级位置读数中央零级白光位置读数衍射角θ1θ’1θ2θ’2θ0θ’0绿1 2 3 4 5黄1 1 2 3黄2123·实验注意事项1．在分光计调节过程中，均要求视野中的像清晰，且无视差；2．狭缝调节要求细而清晰，能分辨汞灯中的黄双线，但要防止狭缝关死，以至损坏狭缝；3．光栅方程是在入射平行光严格垂直光栅表面的前提下成立的，本实验中务必注意；·历史渊源与应用前景由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，故它已被广泛地装配在各种光谱仪器中．采用现代高科技技术可制成每厘米有上万条狭缝的光栅，它不仅适用于分析可见光成分，还能用于红外和紫外光波．干涉成像光谱仪、激光高度计、CCD立体相机将共同完成获取月球表面三维立体影像；γ射线谱仪、X射线谱仪将携手对月球表面有用元素及物质类型的含量和分布进行辨析。
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。
实验七 用分光计测光栅常数和光波的波长
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5790A0，5770A0，5461A0，4358A0，4047A0。
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=5790A0）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。