2007-6-13分光计调节及光栅常数的测定讲解
分光计的调整与光栅常数测量资料
实验3.7 分光计的调节与使用实验简介实验目的实验仪器实验原理调节要点实验目的•掌握分光计的测量原理及调节方法•用反射法测定三棱镜的顶角•用最小偏向角法测定三棱镜材料的折射率实验仪器•本次实验用到的仪器有分光计、平面镜、三棱镜和钠光源。
•分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器。
分光计是光学实验的基本仪器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。
1.分光计的结构2.分光计的调节测量前应调节分光计，达到：•望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。
•平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。
•待测光学元件的表面与中心转轴平行。
1) 目视粗调⑤ 调节望远镜俯仰调节螺钉 平行光管俯仰调节螺钉望远镜支架 平行光管水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉 ④松开望远镜锁紧螺钉 ③松开游标盘锁紧螺钉 锁紧载物台升降锁紧螺钉②调节 载物盘水平调节螺钉 ① 移动底座载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例 平面镜两侧面的反射像分别位于和 时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉d d平面镜两侧面的反射像同时位于或 时，只需调节载物盘的水平调节螺钉d d⑵ 2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远 叉丝像分划板视场 透光窗反射像旋转目镜调节鼓轮⑴伸缩目镜筒 ⑶观察不到反射像的原因•目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模糊。
（转动目镜调节鼓轮）•望远镜没有聚焦于无穷远。
（松开目镜筒锁紧螺钉，前后移动目镜筒）•平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。
俯视侧视转动载物台或望远镜调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉3) 调节望远镜光轴与中心转轴垂直①放置平面镜②拨动游标盘③调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉载物盘水平、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4) 调节平行光管•平行光管由狭缝和准直透镜组成。
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；
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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′。
分光仪的调整及光栅常数的测定
实验四分光仪的调整及光栅常数的测定分光仪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）。
应用分光仪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．了解分光仪构造的基本原理。
2．学习分光仪的调整技术，掌握分光仪的正确使用方法。
3．利用分光仪测定光栅常数。
【实验原理】1．分光仪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，分光仪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仪的刻度盘平行。
为此，分光仪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。
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。
分光计调整和光栅常数测量实验报告
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。
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。
实验6 分光计测量光栅常数
分光计测定光栅常数及黄光波长（305）一、实验目的1. 观察光栅衍射现象和衍射光谱2. 进一步熟悉分光计的调节和使用3. 选定波长已知的光谱线测定光栅常量二、实验仪器分光计、光栅、汞灯、双面反射镜三、实验原理光栅是一种常用的分光元件，由于它能产生按一定规律排列的光谱线，是各种衍射仪、光谱仪、分光计等光学仪器的必备元件。
光栅衍射公式当单色平行光垂直照射到光栅面上，透过各狭缝的光线将向各个方向衍射.如果用凸透镜将与光栅法线成ϕ角的衍射光线会聚在其焦平面上，由于来自不同狭缝的光束相互干涉，结果在透镜焦平面上形成一系列明条纹.根据光栅衍射理论，产生明条纹的条件为()sin 0,1,2,k d k k ϕλ==±±⋅⋅⋅ (26―1)式中d=a+b 为光栅常量，λ为入射光波长，k 为明条纹(光谱线)的级数，k ϕ为第k 级明条纹的衍射角.(26―1)式称为光栅方程，它对垂直照射条件下的透射式和反射式光栅都适用.如果入射光为复色光，由(26―1)式可知，波长不同，衍射角也不同，于是复色光被分解.而在中央0,0k k ϕ==处，各色光仍然重叠在一起，形成中央明条纹.在中央明条纹两侧对称分布着k = ±1，±2，…级光谱.每级光谱中紫色谱线靠近中央明条纹，红色谱线远离中央明条纹.实验中如用汞灯照射分光计的狭缝，经平行光管后的平行光垂直照射到放在载物台上的光栅上，衍射光用望远镜观察，在可见光范围内比较明亮的光谱线如图26―2所示.这些光谱线的波长都是已知的(参见附表3―10).用分光计判明它的级数k 并测出相应的衍射角k ϕ，就可由(26―1)式求出光栅常量d .四、实验内容1. 将分光计内小灯熄灭，转动望远镜，从最左端的-1级黄色谱线开始测量，依次测到最右端的+1级黄色谱线.为了使分划板竖线对准光谱线，应用望远镜的微调螺钉仔细调节，不能用手直接推动望远镜.2. 为了消除分光计度盘的偏心差，测量每一条谱线的衍射角时要分别测出左右两个游标的示值，然后取平均.3. 由于衍射光谱对中央明条纹是左右对称的，为了减小测量的误差，对于每一条谱线应测出+1级和-1级光谱线的位置，两个位置差值的一半即为1ϕ.4. 完成数据表26―l ，对于k =±1级光谱线，由(26-1)式得1/sin d λϕ=.可不考虑λ的不确定度，d 的合成标准不确定度()()c 111csc cot u d u λϕϕϕ=⋅⋅对于JJY-1型分光计，()4m 11 2.90910rad ϕ-'∆==⨯,于是()1u ϕ∆=41.6810rad -⨯.五、注意事项1. 禁止用手触摸光栅，拿取或移动光栅时应移动光栅座.2. 对于调好的分光计，不能再调平行光管和望远镜上的任何调节螺钉或旋钮(除目镜视度调节手轮以外).3. 测量衍射角时，应锁紧望远镜止动螺钉，用望远镜转角微调螺钉使分划板竖线与光谱线对齐，再读游标示值.六、数据处理七、误差分析八、附原始数据记录表格（注：作实验时记录在原始数据上用）表261。
分光计调整及光栅常数测量实验报告
则
则 的不确定度为
结果表示为
六、误差分析
1.当平行光未能严格垂直入射光栅时，将产生误差，用对称测盘法只能消除一阶误差，仍存在二阶误差.
2.光栅光谱、绿十字像、调整叉丝 没有做到三线合一
3.读数时产生的误差
4.分辨两条靠近的黄色谱线很困难,由此可能造成误差
5.仪器本身精度问题带来的误差
七、实验数据
图2
三、实验仪器
分光计、平面镜、汞灯、衍射光栅。
四、实验内容和步骤
1.分光计的调整
目测粗调。根据眼睛的粗略估计，调节望远镜和平行管上的高低倾斜调节螺丝，使望远镜和平行管光轴大致垂直于中心轴；调节载物台下的三个水平调节螺丝，使载物台面大致呈水平状态。
点亮钠光灯，待发光稳定后，调节目镜与分划板之间的距离，看清的准线和带有绿色的十字。将直准镜放在载物台上，使准镜的两反射面与望远镜大致垂直。缓慢转动载物台，使得从望远镜的目镜中观察到亮的十字像。再调准线与目镜的距离，使得目镜中既能看清准线又能看清亮十字像。
光栅和棱镜一样，是重要的分光元件，已广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中。光栅是一组数目极多的等宽、等间距的平行狭缝，如下图中的 ，用刻线机在透明玻璃片上刻出痕宽为b(不透光部分)、缝宽为 (透光部分)的N条平行狭缝，就构成了一个笼透射光栅,d=a+b即为光栅常数。本实验所用的全息光栅，则是用当全息技术使一列极密、等距的干涉条纹涂有乳胶的玻璃片上感光，经处理里后，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。
大学物理 实验13 分光计的调节与应用-光栅
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。
d=的光栅G，一束平行如图15-1所示，设有一光栅常数AB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ϕ(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λϕK i d =±)sin (sin ,,2,10 ±=，K (15-1) （15-1）式就是光栅方程式。
大物实验报告-分光计的调整及光栅常数的测量(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：分光计的调节与使用学院：机电工程学院班级：车辆工程151班学生姓名：吴倩萍学生学号：5902415034实验地点：基础实验大楼B311实验时间：第九周星期三下午3：45开始一、实验目的：1.了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法2.测定两窄缝间的间距二、实验仪器：分光计、钠灯、双面反射镜三、实验原理：1.分光计的调节原理2.利用光干涉原理分光计结构示意图分光计主要由三部分：望远镜，平行光管和主体（底座、度盘和载物台）组成，每部分都有特定的调节螺丝。
附件有小灯泡，小灯泡的低压电源以及看刻度盘的放大镜。
自准望远镜四、实验内容和步骤：【调节步骤】1.目测粗调：根据眼睛的粗略估计，调节望远镜和平行光管上的高低倾斜调节螺丝使载物台大致呈水平状态。
2.用自准法调节望远镜：(1)点亮照明小灯，调节目镜与分划板的距离，看清分划板上的“准线”和带有绿色的小十字窗口（目镜对风滑板调焦）。
(2)将准直镜放在载物台上（如下图），使准直镜的两反射面与望远镜大致垂直。
轻缓转动载物台，从侧面观察，判断从准直镜正、反两面反射的亮十字光线能否进入望远镜。
(3)从望远镜的目镜中观察到亮的十字架象，前后移动目镜对望远镜调焦，使亮十字像成清晰像。
再准线与目镜间距离，使目镜中既能看清准线，又能看清十字像。
注意准线与亮十字像之间有无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。
此时分划板平面，目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远镜已经聚焦无穷远，能接受平行光。
3.调整望远镜光轴与风光中心垂直准直镜仍然竖直放置于载物台上，转动载物台，使望远镜分别对准准直镜的反射镜。
利用自准法可以分物台平面，使望远镜先对准准直镜的一个表面，若从望远镜中看到准线与十字反射像不重合，它们的交点在高低方位相差一段距离δ，此时调节望远镜倾斜度，使差距缩小一半；再调节载物台螺丝，消除另一半距离使准线与十字反射像重合。
分光计调整及光栅常数测量实验报告
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：分光计调整及光栅常数测量学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼座位号：实验时间：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.加深对光栅分光原理的理解；3.用透射光栅测定光栅常数。
二、实验原理分光计，是一种测量角度的精密仪器。
其基本原理是，让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜并成像在望远镜的焦平面上，通过目镜进行观察和测量各种光线的偏转角度，从而得到光学参量例如折射率、波长、色散率、衍射角等。
光栅和棱镜一样，是重要的分光元件，已广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中。
光栅是一组数目极多的等宽、等间距的平行狭缝，如下图中的G，用刻线机在透明玻璃片上刻出痕宽为b(不透光部分)、缝宽为a(透光部分)的N条平行狭缝，就构成了一个笼透射光栅,d=a+b即为光栅常数。
本实验所用的全息光栅，则是用当全息技术使一列极密、等距的干涉条纹涂有乳胶的玻璃片上感光，经处理里后，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。
图1如图2所示，狭缝光源S位于透镜L的物方焦平面上，G为光栅，自1L射出的平行1光垂直照射在光栅G 上。
透镜2L 将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其像方焦面上的θP 点，产生衍射亮条纹的条件为:λθK d ±=sin （ ⋯⋯±±=,2,1K ） （1）式(1)称为光栅方程，式中缝距d 称为光栅常数，λ为入射光波波长，θ为衍射角，K 为衍射光谱级数。
当K=0时，在θ=0的方向上，各种波长的亮线重叠在一起，形成明亮的零级像。
对于K 的其他数值，不同波长的亮线出现在不同的方向上形成光谱，对称地分布在零级条纹的两侧。
因此，若光栅常数d 已知，测出某谱线的θ和光谱级K ，则可由式(1)求出该谱线的波长λ。
反之如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d 。
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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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。
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。
图3-7-3 阿贝式自准直望远镜的构造1．平面镜 2．物镜 3．分化板 4．小电珠 5．小棱镜 6．目镜7．目镜视场 8．绿十字反射镜 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。
载物台的高低、水平状态可调。
5．读数装置读数装置由度盘和游标盘组成。
度盘圆周被分为720份，分度值为30′，30′以下需用游标来读数。
游标盘采用相隔180º的双窗口读数；游标上的30格与度盘上的29格角度相等，故游标的最小分度值为1′，图3-7-4所示的位置应读作113º 45′。
图3-7-4 角游标的读法采用双游标读数，是为了消除度盘中心与仪器中心轴不重合而引起的偏心差。
测量时记录下两个窗口读数然后取平均值即可。
如图3-7-5所示，当度盘中心O ′与分光计中心轴O 不重合时，转过角度α所对应游标数P O ''和PQ 均不等于OO ′重合时转过α角所对应正确读数M N ''和()MN M N MN ''=，但根据平面几何知识很容易证明：1()2P Q PQ M N MN ''''+==，采用双游标可使偏心差得以消除。
图3-7-5 偏心差图示【实验步骤】在进行分光计的调节前，首先应明确对分光计的调节要求：①望远镜适合观察平行光，或称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中心轴正交。
然后对照仪器熟悉结构和各调节螺钉的作用。
一、目测粗调用眼睛直接观察，调节望远镜和平行光管的光轴高低调节螺钉（22和9），使两者的光轴尽量呈水平状态；调节载物台下三只调平螺钉13，使载物台呈水平状态。
粗调完成得好，可以减少后面细调的盲目性，使实验顺利进行。
二、细调1．调节望远镜合适观察平行光（1）目镜的调焦。
调节目镜视度调节手轮23，使视场中能看到分划板上清晰的“”形叉丝像。
（2）接通望远镜灯源，把平面镜按图3-7-6所示位置放在载物台上，缓慢转动载物台，从望远镜中可见一光斑，若找不到说明粗调未调好，这时可用眼睛观察平面镜，找到反射光束，调节载物台和望远镜光轴位置，使望远镜能接收到反射光束，从目镜视场中看到光斑。
图3-7-6 平台镜在载物台上的位置（3）望远镜的调焦。
松开目镜锁紧螺钉6，前后移动目镜筒，当光斑变为清晰的绿“十”字像，并且与分划板“”形叉丝无视差时，望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。
2．调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴转动载物台180º，观察视场中有无绿“十”字像，若没有则应适当调节载物台水平和望远镜光轴的高低，直至任意转动载物台180º均能在望远镜中看到经平面镜正、反两面反射的绿“十”字像。
从前面分光计的调节原理知道，当望远镜光轴垂直于分光计中心轴时，经平面镜正、反两面反射的“十”字像均应重合在分划板“”叉丝的上的横丝上（如图3-7-7所示）。
在一般情况下，视场中看到两面绿“十”字像并不重合，需要继续仔细配合调节载物台和望远镜。
可先调载物台调平螺钉（a2或a3）使绿“十”字像到“”形叉丝上横丝距离减少一半；再调望远镜光轴的俯仰调节螺钉使绿“十”字像与上横丝重合。
然后转动载物台180º，重复上面调节步骤，反复几次即可调好。
此后望远镜光轴高低调节螺钉不可再动。
图3-7-73．调节载物平台法线与分光计中心轴平行将平面镜相对载物台转动90º，然后转动载物台90º，调平台调平螺钉a1使平面镜反射的绿“十”字像与“”形叉丝上横形重合。
4．调节平行光管能发射平行光关闭望远镜灯源，点燃光源使光照亮平行光管狭缝。
用已调好的望远镜对准平行光管观察，松开狭缝装置锁紧螺钉2，前后移动狭缝套筒，使望远镜中看到清晰的狭缝像，并且与叉丝无视差，此时平行光管发出平行光；调节狭缝宽度调节手轮8，从望远镜中观察到缝宽约1mm左右。
5．调节平行光管光轴垂直于分光计中心轴松开狭缝装置锁紧螺钉2，转动狭缝成水平状态，调节平行光管光轴高低调节螺钉9，使望远镜中看到狭缝像的缝宽被分划板中央横丝上下平分（如图3-7-8所示），再转动狭缝90º成竖直状态，狭缝被中央横丝上下平分。
此时，平行光管光轴与分光计中心轴垂直。
在调节过程中应始终保持狭缝像清晰。
图3-7-83.7.2 光栅常数的测定衍射光栅是由大量平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成，常分为透射光栅和反射光栅，是一种精密的分光元件。
【实验目的】（1）观察光栅衍射现象，理解光栅衍射基本规律。
（2）学会用分光计测光栅常数。
【实验原理】设透射光栅的缝宽为a ，不透光部分宽度为b ，()a b d +=称为光栅常数。
当单色平行光垂直入射到衍射光栅上，通过每个缝的光都将发生衍射，不同缝的光彼此干涉，当衍射角满足光栅方程sin d k ϕλ= 0,1,2,k =±± （3-7 -1）时，光波加强，产生主极大。
若在光栅后加一会聚透镜，则在其焦平面上形成分隔开的对称分布的细锐明条纹（见图*-9）。
（a ） （b ）1．光栅 2．透镜3．光强分布图 光栅衍射条纹图3-7-9 光栅衍射原理图在式（3-7-1）中，λ为单色光波长，k 是明条纹级数。
如果光源是包含有不同波长光波的复色光，经光栅衍射后，对不同波长的光，除零级外，由于同一级主极大有不同的衍射角ϕ，因此在零级主极大两边出现对称分布、按波长次序排列的谱线，称为光栅光谱。
根据光栅方程，若以已知波长的单色平行光垂直入射，只要测出对应级次条纹的衍射角ϕ，即可求出光栅常数d 。
同样，若d 已知，即可求得入射光波长λ。
【实验仪器】分光计（JJY 型），衍射光栅，光源（钠光灯）【实验内容】（1）按练习一的要求调节好分光计。
（2）将衍射光栅放在载物台上（按图3-7-6中平面镜位置）。
（3）调节光栅平面与望远镜光轴垂直。
接通望远镜灯源，仔细观察被光栅平面反射的“十”字像，调节载物台调平螺钉2a 或3a ，使“十”字像与分划板“”形叉形上横丝重合。
（4）调节光栅的刻痕线平行于分光计中心轴。
转动望远镜，观察衍射条纹，仔细调节载物台调平螺钉a 1，使视场中见到的各级亮纹都被分化板中央横丝上下等分。
（5）测量衍射角k ϕ（本实验中测量左右k 级条纹的夹角即2k ϕ），固定游标盘和载物台，推动支臂使望远镜和度盘一起转动，将望远镜分划板竖直线移至左边第三级条纹外，然后向右推动支臂使分划板竖直线靠近第三级明纹的左边缘（或右边缘），利用望远镜微调螺钉（20）使条纹边缘与分划板竖线严格对准，记录此时游标盘左、右窗读数3a 和3β，继续向右移动望远镜依次记录左边第二级、第一级明纹读数k α和k β以及右边一、二、三级明纹读数kα'和k β'，各级条纹都以对准左边缘（或右边缘）时读数。
（6）重复步骤5，逐次测量各级条纹位置共5次，所有数据记录于表 3-7-1中。
表3-7-1 光栅常数测量数据记录表【数据处理】（1）按下式计算第k 级衍射角k ϕ：1[()()]4k k k kk a ϕβαβ''=+-+ （2）按式（3-7-1）计算：sin k kk d λϕ= 313kk dd ==∑（3）计算光栅常数d 的标准不确定度()u d ：简化处理，以1k =时的1()u d 近似表示。
衍射角测量的仪器误差限：41 2.90810-'∆==⨯仪 弧度， 1() 1.679u ϕ∆==弧度忽略λ的不确定度 11121cos ()()sin u d u ϕλϕϕ=d 1的扩展不确定度12()U u d =（4）写出结果表达式：d d U =±【预习思考题】1．分光计的调节要求有哪些？2． 调节望远镜适合观察平行光即达到调焦无穷远时，目镜视场中看到的绿“十”字像和“”形叉丝应满足什么要求？如何调节？3．望远镜光轴与分光计中心轴不垂直时，应如何调节？ 4．按图3-7-6中平面镜位置放置光栅的优点？【讨论思考题】1．用式（3-7-1）测光栅常数d 的条件是什么？。