分光计的调节与应用

分光计的调节与应用-光栅衍射法测光波波长

Measurement of light wavelength using spectrometer

衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件，实验中所用透射光栅是用金刚

石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙，一般每毫米

约250-600条线。

【实验目的】

分光计的调整与使用、衍射光栅测定光谱波长

【实验原理】

透射光栅光路图如图１所示，当光垂直入射0=i ，有：λϕk d k =sin

图1 光栅衍射 图2 光栅衍射光谱示意图 当望远镜从位置1转到位置2时，夹角为12ψ，如图3所示：

图3 望远镜的转角

各光谱的衍射角 42121212

右

右左左θθθθψϕ-+-==

【仪器介绍】

分光计的结构示意图

图5 分光计的读数盘

刻度盘为334030’稍多一点，游标盘上的第17格恰好与刻度盘上的刻度对齐，因此读

数为334030’+17’=334047’。

【实验内容】

1. 粗调分光计

（1）调平望远镜和平行光管，三垂直—－望远镜轴线、载物平台、平行光管轴线分别垂直

于中心转轴。

（2）调焦目镜，通过目镜能清晰地看到分划板上铅直清晰的叉丝刻线和十字光标，粗调平

行光管物镜，调出清晰竖直的狭缝像。

（3）载物台放上平面反射镜（放法如图6所示），观察绿十字像（注意观察狭缝像“尾巴”），

并调节物镜使之清晰竖直。

图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

2.细调分光计

（1）各半调节法，调节a1(a2)和螺钉14，使绿十字像调到oo ’线上，载物盘转过1800调

节使绿十字像到oo ’线上；重复上述过程。

（2）转动平面镜900，调节a3使绿十字像到oo ’线上

（3）平行光管细调，调节狭缝像清晰、铅直，宽度为1mm

左右。

3.光栅的调节:与平面镜放法一样，调节光栅平面与入射光

垂直。

4测量汞光谱线第一级(k=1)的衍射角:将望远镜分别位置1

和位置2,使分划板上的叉丝竖线对准该谱线,读出左、右游标读数，记入下表，然后根据公式（2）计算它们的衍射角。

然后可根据公式（1）计算各条光谱线的测λ，并与公认值（Ｐ27表0-6）比较，求出

r δ，光栅常数mm d 1=

。 【注意事项】

1.汞灯为冷光源，关灯后要冷却方可再次点亮；另外，汞灯紫外线很强，不可直视。

2.禁止用手触摸光栅表面。

3.测量时，刻度盘的零刻线经过游标零刻线，需加上360°再计算。

二、仪器结构与调节方法

分光计1台，玻璃三棱镜1块，高压汞灯1台，水平仪1只，平行平板玻璃或平面镜1

块。

(一) 分光计介绍

1.分光计结构

分光计常用来产生光谱，测量谱线波长，也可用来测量光学元件和机械零件的角度。其

外形结构如图 17－1所示，它由平行光管、望远镜、载物平台、读数圆盘和三角底座等五

大部分组成。

图6 平面镜放法

图 17－1 分光计外形图

1.望远镜目镜10.读数圆盘的固定螺丝

2.望远镜筒11.读数圆盘和望远镜的连动杆

3.载物台12.读数圆盘和望远镜的微动螺丝(在背后)

4.叉丝(在望远镜筒内) 13.狭缝宽度调节螺丝

5.调节望远镜倾斜角的螺丝14.平行光管

6.固定望远镜倾斜角的螺丝15.调节平行光管倾斜角的螺丝

7.调节平台倾斜度的螺丝16.固定平行光管倾斜角的螺丝

8.读数圆盘17.平行光管的调焦旋钮

9.望远镜的固定螺丝(在背后)

(1) 平行光管.

平行光管是产生平行光的装置，其结构见图 17－2，它由物镜L(固定在管的一端)和狭缝S组成，狭缝宽度可以根据需要调节。狭缝相对于L的位置可由套筒移动来调节再由螺丝固定。当狭缝位置调至L的焦面上时，在某光源的照射下，狭缝诸点如A,B,…等发出的光经物镜折射后均为方向不同的平行光束，如用已经自准直调焦无穷远的望远镜对准平行光管观察，这些不同方向的平行光束被望远镜接收后分别会聚成相应像点，观察者看到的便是由这些像点组成的狭缝的像，甚至狭缝两边刀口的形状都清晰可辨。这时说明平行光管发出的便是平行光。

图 17－2 平行光管结构原理图

(2) 望远镜.

①目镜和物镜。望远镜是一种助视仪器，可将远处物体对人眼中心的张角即视角放大很多，从而使人眼能看清远处物体的细节。

望远镜的机械部件分为外管、中管和内管，彼此可以相互移动，也可用螺丝固定。望远镜的光学部件由两块焦距不同的会聚透镜(为消除像差可用透镜组)组成，见图 17－3，其中焦距较大的一个作为物镜固定在外管端口；焦距较小的一个作为目镜固定在内管端口，令物镜和目镜组成共轴系统，并使物镜的第二焦点与目镜的第一焦点靠近。

图 17－3 望远镜结构示意图

②分划板。用于测量的望远镜内都装有一块分划板被固定在中管，它是用透明材料制的薄板，板上的叉丝是用来做定标用的标准线，在分划板的内侧边面紧贴一个带45°反射面的小折光棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留有一个绿色的小十字线孔。在中管侧面的圆孔里，放一个小灯泡，灯光通过小棱镜从45°反射面照到分划板上，贴面的涂黑部分形成阴影，透光部分便形成一个在分划板上的绿色的十字线物。

(3) 载物平台.

载物平台系用来放置三棱镜或光栅等被测元件的平台，它可固定在中心杆上绕通过平台中心的铅直轴即仪器主轴转动，也可沿杆上下升降，并固定在任意高度上，平台下面有三个螺丝，见图 17－1之7，用以改变平台对铅直轴的倾斜度。

(4) 读数圆盘.