光柵衍射和光波波長的測定

1、勿動實驗儀器! 實驗簡介 衍射光柵由大量等寬、等間距、平行排列的狹 縫構(gòu)成。實際使用的光柵可以用刻劃、復(fù)制或全 息照相的方法制作。衍射光柵一般可以分為兩類： 用透射光工作的透射光柵和用反射光工作的反射 光柵。本實驗使用的是透射光柵本實驗使用的是透射光柵。 根據(jù)多縫衍射的原理，復(fù)色光通過衍射光柵后 會形成按波長順序排列的譜線，稱為光柵光譜， 所以光柵和棱鏡一樣是一種重要的分光光學元件。 在精確測量波長和對物質(zhì)進行光譜分析中普遍使 用的單色儀、攝譜儀就常用衍射光柵構(gòu)成色散系 統(tǒng)。 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1 1、觀察光通過光柵后的衍射現(xiàn)象；、觀察光通過光柵后的衍射現(xiàn)象； 2 2、進一步熟悉分光計的調(diào)節(jié)和

2、使用；、進一步熟悉分光計的調(diào)節(jié)和使用； 3 3、測定鈉黃光的平均波長。、測定鈉黃光的平均波長。 實驗儀器實驗儀器 分光計主軸分光計主軸 望遠鏡光軸望遠鏡光軸 用到的實驗儀器有：鈉光燈、分光計、平面鏡及衍射光柵。 注意事項注意事項 不能用手觸摸各光學元件！光柵是精密光學元件，不能用手觸摸各光學元件！光柵是精密光學元件， 嚴禁用手觸摸光柵平面，以免損壞。嚴禁用手觸摸光柵平面，以免損壞。用完后請立即用完后請立即 上交。上交。 光學儀器的調(diào)節(jié)動作要輕，鎖緊螺釘也是指鎖住即光學儀器的調(diào)節(jié)動作要輕，鎖緊螺釘也是指鎖住即 可，不要用力過大，以免損壞器件。可，不要用力過大，以免損壞器件。 轉(zhuǎn)動載物臺，都是指游

3、標盤帶動載物臺一起轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動載物臺，都是指游標盤帶動載物臺一起轉(zhuǎn)動。 如需轉(zhuǎn)動望遠鏡要拿住望遠鏡支架轉(zhuǎn)動。如需轉(zhuǎn)動望遠鏡要拿住望遠鏡支架轉(zhuǎn)動。切忌握住切忌握住 目鏡和目鏡調(diào)節(jié)螺絲轉(zhuǎn)動望遠鏡。目鏡和目鏡調(diào)節(jié)螺絲轉(zhuǎn)動望遠鏡。 調(diào)節(jié)平行光管時再開鈉光燈，打開后就不要再頻繁調(diào)節(jié)平行光管時再開鈉光燈，打開后就不要再頻繁 開關(guān)。若因某種原因突然斷電時，需待燈管冷卻后開關(guān)。若因某種原因突然斷電時，需待燈管冷卻后 再重新開啟。再重新開啟。 實驗原理實驗原理 單色光垂直照射光柵：單色光垂直照射光柵： kdsin 3, 2, 1, 0k 光柵方程光柵方程 a b sind d 其中d為光柵常數(shù)，d=a+b，本實驗

4、 中d= mm（每毫米有300條刻痕）。 黃 黃 綠 綠 紫 紫 一級明條紋一級明條紋一級明條紋一級明條紋 1K1K 中央明條紋中央明條紋 0K 光柵 實際的測量是對已知干涉級次衍射條紋實際的測量是對已知干涉級次衍射條紋 的衍射角的衍射角的精確測量。的精確測量。 利用分光計可利用分光計可 觀察到各級衍射觀察到各級衍射 條紋條紋（本實驗中，（本實驗中， 用分光計測量單用分光計測量單 色光已知衍射級色光已知衍射級 次的衍射角，實次的衍射角，實 際能觀察到三級際能觀察到三級 衍射條紋）衍射條紋）。 平行光平行光（復(fù)色）（復(fù)色） 平行光管平行光管 載物臺載物臺 望遠鏡望遠鏡 儀器調(diào)節(jié)儀器調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)步驟

5、：調(diào)節(jié)步驟： 調(diào)節(jié)望遠鏡聚焦無窮遠調(diào)節(jié)望遠鏡聚焦無窮遠 望遠鏡光軸與分光計主軸垂直望遠鏡光軸與分光計主軸垂直 載物平臺與分光計主軸垂直載物平臺與分光計主軸垂直 目測粗調(diào)目測粗調(diào) 平行光管出射平行光與望遠鏡共軸平行光管出射平行光與望遠鏡共軸 實驗步驟：實驗步驟： 1、目測粗調(diào)、目測粗調(diào) 松開松開望遠鏡止動螺絲 鎖緊鎖緊望遠鏡與刻度盤 聯(lián)動螺絲 松開松開游標盤止 動螺絲 鎖緊鎖緊載物臺鎖緊 螺絲 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)望遠鏡高低調(diào)望遠鏡高低調(diào) 節(jié)螺絲節(jié)螺絲 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平載物臺調(diào)平 螺絲螺絲 調(diào)節(jié)望遠鏡的傾斜螺絲和載物平臺下的三個物臺調(diào)調(diào)節(jié)望遠鏡的傾斜螺絲和載物平臺下的三個物臺調(diào) 平螺絲，使望遠鏡和載物臺基

6、本水平。平螺絲，使望遠鏡和載物臺基本水平。 1.1.將平面鏡按下圖所示放在載物臺上，視場中能看到將平面鏡按下圖所示放在載物臺上，視場中能看到 十字光標經(jīng)平面鏡反射回來的綠色十字像。十字光標經(jīng)平面鏡反射回來的綠色十字像。 2.2.將將載物臺載物臺轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過180180o o，視場中仍能看到該十字像。，視場中仍能看到該十字像。 調(diào)節(jié)要求：調(diào)節(jié)要求： 調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)方法： a b c 粗調(diào)找不到反射像的解決辦法：粗調(diào)找不到反射像的解決辦法： 粗調(diào)后還是觀察不到反射像，粗調(diào)后還是觀察不到反射像，將將 載物臺轉(zhuǎn)一個小角度，觀察平面載物臺轉(zhuǎn)一個小角度，觀察平面 鏡里的綠色十字的虛像的位置，鏡里的綠色十字的虛

7、像的位置， 然后調(diào)節(jié)螺絲然后調(diào)節(jié)螺絲a或或b，以及望遠鏡，以及望遠鏡 的傾斜螺絲，直至最后通過望遠的傾斜螺絲，直至最后通過望遠 鏡能同時觀察的兩個反射十字像。鏡能同時觀察的兩個反射十字像。 2.調(diào)節(jié)望遠鏡聚焦無窮遠調(diào)節(jié)望遠鏡聚焦無窮遠 1.1.目鏡調(diào)焦：其目的是使眼睛通過目鏡能清晰地看到分劃板目鏡調(diào)焦：其目的是使眼睛通過目鏡能清晰地看到分劃板 上的叉絲刻線。方法：轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)節(jié)螺絲。上的叉絲刻線。方法：轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)節(jié)螺絲。 2.2.物鏡調(diào)焦：其目的是將分劃板上十字光標調(diào)整到焦平面上，物鏡調(diào)焦：其目的是將分劃板上十字光標調(diào)整到焦平面上， 即望遠鏡對無窮遠聚焦。方法：前后移動目鏡套筒，使綠十字即望遠鏡

8、對無窮遠聚焦。方法：前后移動目鏡套筒，使綠十字 光標成像清晰。光標成像清晰。 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 3.望遠鏡光軸與分光計主軸垂直望遠鏡光軸與分光計主軸垂直 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 1. 用用各半法各半法調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)螺絲a、b和望遠鏡的傾斜螺絲，使和望遠鏡的傾斜螺絲，使十字光標通十字光標通 過平面鏡成的過平面鏡成的像與分劃板的上十字線重像與分劃板的上十字線重合。合。 2. 使載物臺轉(zhuǎn)動使載物臺轉(zhuǎn)動180o，再次使用各半法重復(fù)，再次使用各半法重復(fù)1。 3. 反復(fù)調(diào)節(jié)，直至反復(fù)調(diào)節(jié)，直至平面鏡的任一面都能使十字光標像調(diào)節(jié)到位。平面鏡的任一面都能使十字光標像調(diào)節(jié)到位。 至此以后，不再碰動望遠鏡的傾斜螺

9、絲。至此以后，不再碰動望遠鏡的傾斜螺絲。 4.載物平臺與分光計主軸垂直載物平臺與分光計主軸垂直 2. 調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)螺絲c使使十字光標通過平面鏡成十字光標通過平面鏡成 的的像與分劃板的上十字線重像與分劃板的上十字線重合。合。 1. 將平面鏡做如右圖所示調(diào)整將平面鏡做如右圖所示調(diào)整。 a b c 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： a b c 5.平行光管出射平行光與望遠鏡共平行光管出射平行光與望遠鏡共 軸軸 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 1、取走反射鏡，將已調(diào)節(jié)好的望遠鏡正對著平行光管，打開鈉光燈，、取走反射鏡，將已調(diào)節(jié)好的望遠鏡正對著平行光管，打開鈉光燈， 照亮狹縫。照亮狹縫。 2、松開狹縫套筒鎖緊螺絲，調(diào)節(jié)、松開

10、狹縫套筒鎖緊螺絲，調(diào)節(jié)套筒套筒前后前后位置，使望遠鏡視場中能看位置，使望遠鏡視場中能看 到清晰的狹縫像（到清晰的狹縫像（黃色黃色），調(diào)節(jié)狹縫寬度，使縫寬約為），調(diào)節(jié)狹縫寬度，使縫寬約為1mm，如圖，如圖1。 3、轉(zhuǎn)動狹縫，調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)動狹縫，調(diào)節(jié)高低和水平高低和水平調(diào)節(jié)螺絲，使狹縫像與分劃板中間水平調(diào)節(jié)螺絲，使狹縫像與分劃板中間水平 叉絲重合。再把狹縫轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)，保持狹縫像清晰且與分劃板中央叉絲重合。再把狹縫轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)，保持狹縫像清晰且與分劃板中央 豎直準線重合。如圖豎直準線重合。如圖2、3。 4、鎖住狹縫鎖緊螺絲。、鎖住狹縫鎖緊螺絲。 圖1 圖2 圖3 6.測鈉黃光的平均波長測鈉黃光的平均波

11、長 光柵放置要求：入射光垂直照射光柵；光柵刻痕與分光計主軸平光柵放置要求：入射光垂直照射光柵；光柵刻痕與分光計主軸平 行。行。 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 望遠鏡已調(diào)好，千萬不要再動；望遠鏡已調(diào)好，千萬不要再動； 只調(diào)節(jié)螺絲只調(diào)節(jié)螺絲a或或b，使光柵反回的亮十字與分劃板上方十字線，使光柵反回的亮十字與分劃板上方十字線 及中央明條紋重合，這時鎖緊游標盤止動螺絲和望遠鏡與刻及中央明條紋重合，這時鎖緊游標盤止動螺絲和望遠鏡與刻 度盤聯(lián)動螺絲度盤聯(lián)動螺絲（老左新右）（老左新右） 。 1. 調(diào)節(jié)光柵平面平行于分光計主軸并垂直于平行光管。調(diào)節(jié)光柵平面平行于分光計主軸并垂直于平行光管。 2. 調(diào)節(jié)光柵刻痕平行于分光計主軸。調(diào)節(jié)光柵刻痕平行于分光計主軸。 調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)螺絲c，至望遠鏡轉(zhuǎn)動過程中，中央明紋兩側(cè)的各級譜，至望遠鏡轉(zhuǎn)動過程中，中央明紋兩側(cè)的各級譜 線的高度