光柵特性研究

大學(xué)物理實驗光柵常數(shù)的測量汞燈光譜分析實驗簡介實驗原理實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容儀器及調(diào)整實驗數(shù)據(jù)預(yù)習(xí)題思考題

衍射光柵是利用光的衍射原理使光波發(fā)生色散的光學(xué)元件。以衍射光柵為色散元件組成攝譜儀或單色儀是物質(zhì)光譜分析的基本儀器之一，在研究譜線結(jié)構(gòu)，特征譜線的波長和強度；特別是在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和對元素作定性與定量的分析中有極其廣泛的應(yīng)用。

分光計是精確測定光線偏轉(zhuǎn)角的儀器，也稱測角儀。光學(xué)中的許多基本量如波長，折射率等都可以直接或間接地表現(xiàn)為光線的偏轉(zhuǎn)角，因而利用它可測量波長，折射率等，此外還能精確的測量光學(xué)平面間的夾角。許多光學(xué)儀器（棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、分光光度儀、單色儀等）的基本結(jié)構(gòu)也是以它為基礎(chǔ)的，所以分光計是光學(xué)實驗中的基本儀器之一。使用分光計時必須經(jīng)過一系列精細的調(diào)整。分光計的調(diào)整方法對一般光學(xué)儀器的調(diào)整也有一定的通用性，因此學(xué)習(xí)分光計的調(diào)整方法也是使用光學(xué)儀器的一種基本訓(xùn)練。實驗簡介實驗?zāi)康?．熟悉分光計的調(diào)整和應(yīng)用；2．了解光柵分光的特點;3．學(xué)會用光柵測定光柵常數(shù)的方法。實驗原理一、光柵光柵------是一排密集、均勻而又平行的狹縫。衍射光柵(透射光柵)機制光柵：在玻璃片上刻劃出一系列平行等距的劃痕,刻過的地方不透光，未刻地方透光。全息光柵：通過全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)顯影定影制成全息光柵。光柵常數(shù):d透光縫寬度a不透光縫寬度b二、光柵衍射根據(jù)波動光學(xué)理論，當(dāng)單色平行光垂直照射在光柵面上時，將產(chǎn)生夫瑯和費衍射現(xiàn)象，產(chǎn)生明條紋的條件為

dsink=kλ

k=0,±1,±2,……

d-------光柵常數(shù)k----------第級衍射角--------入射光波長

K-------明紋的級次。如果用會聚透鏡將衍射后的平行光會聚起來,透鏡后焦面上將出現(xiàn)一系列亮線----譜線.在=0的方向上可以觀察到零級譜線,其他級數(shù)的譜線對稱分布在零級兩側(cè)如果已知光柵常數(shù)d，用分光計測出k級譜線對應(yīng)的衍射角k，則可求出該譜線對應(yīng)的入射光波長;若已知入射光的波長,則反過來可求光柵常數(shù)d

。儀器及調(diào)整分光計一臺光源(汞燈)一個平面反射鏡一塊衍射光柵一塊.分光計（又名分光測角儀）是用來精確測量角度的儀器。分光計是光學(xué)實驗的基本儀器之一，通過角度的測量可以計算媒質(zhì)折射率、光波波長等相關(guān)的物理量，檢驗棱鏡的棱角是否合格、玻璃磚的兩個表面是否平行等。分光計介紹

分光計目鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦緊固螺釘調(diào)焦緊固螺釘平行光管調(diào)焦望遠鏡傾斜調(diào)節(jié)望遠鏡水平微動望遠鏡緊固望遠鏡和度盤之間緊固(此螺釘軸對稱處)載物臺調(diào)節(jié)載物臺游標(biāo)盤緊固平行光管傾斜調(diào)節(jié)平面反射鏡低壓汞燈衍射光柵1.分光計的調(diào)節(jié)測量前應(yīng)調(diào)節(jié)分光計，達到：望遠鏡聚焦到無窮遠，望遠鏡的光軸對準(zhǔn)儀器的中心轉(zhuǎn)軸并與中心轉(zhuǎn)軸垂直。平行光管出射平行光，且光軸與望遠鏡的光軸共軸。待測光學(xué)元件的表面與中心轉(zhuǎn)軸平行。

實驗內(nèi)容1)目視粗調(diào)

⑤調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘望遠鏡支架平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘望遠鏡水平調(diào)節(jié)螺釘④松開望遠鏡鎖緊螺釘③松開游標(biāo)盤鎖緊螺釘鎖緊載物臺升降鎖緊螺釘②調(diào)節(jié)載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘①

移動底座載物盤水平、望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)的特例

平面鏡兩側(cè)面的反射像分別位于和時，只需調(diào)節(jié)望遠鏡的俯仰調(diào)節(jié)螺釘dd平面鏡兩側(cè)面的反射像同時位于或時，只需調(diào)節(jié)載物盤的水平調(diào)節(jié)螺釘dd旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)節(jié)鼓輪⑴叉絲像分劃板視場透光窗⑵

反射像伸縮目鏡筒⑶

2)用自準(zhǔn)直法將望遠鏡調(diào)焦到無窮遠觀察不到反射像的原因目鏡中觀察到的叉絲和透光窗中黑色十字的像模糊。（轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)節(jié)鼓輪）望遠鏡沒有聚焦于無窮遠。（松開目鏡筒鎖緊螺釘，前后移動目鏡筒）平面反射鏡的鏡面與望遠鏡的光軸不垂直。

俯視側(cè)視轉(zhuǎn)動載物臺或望遠鏡調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰或載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘3)調(diào)節(jié)望遠鏡光軸與中心轉(zhuǎn)軸垂直

①放置平面鏡

②撥動游標(biāo)盤

③調(diào)節(jié)載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘或望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘

載物盤水平、望遠鏡俯仰的各半調(diào)節(jié)d調(diào)節(jié)載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘d/2調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘

4)調(diào)節(jié)平行光管平行光管由狹縫和準(zhǔn)直透鏡組成。狹縫鎖緊螺釘俯仰調(diào)節(jié)螺釘松開狹縫鎖緊螺釘前后移動狹縫①

轉(zhuǎn)動狹縫調(diào)節(jié)平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘②

轉(zhuǎn)動狹縫鎖住狹縫鎖緊螺釘③

V1V2V3二、調(diào)節(jié)光柵平行光垂直照射光柵表面：調(diào)節(jié)V1、V3使光柵反射回來的叉絲像和叉絲重合光柵刻痕與儀器轉(zhuǎn)軸、狹縫平行：轉(zhuǎn)動望遠鏡觀察零級譜線兩側(cè)的一級或二級譜線，調(diào)節(jié)V2并稍微旋轉(zhuǎn)狹縫，使兩側(cè)譜線均與叉絲的中心橫線垂直，并上下對稱讀數(shù)方法主刻度盤游標(biāo)盤游標(biāo)窗口233o

13?

刻度盤分為360o,最小刻度為半度(30′），小于半度則利用游標(biāo)讀數(shù)。游標(biāo)上刻有30小格，與刻度盤上29個小分格等長，故刻度盤上1小格與游標(biāo)上1小格之差為1′，因此該游標(biāo)的分度值為1′。

1.數(shù)據(jù)記錄自擬數(shù)據(jù)記錄表格。測出以汞燈為光源，k=±1某一色光的衍射角，代入式（1）求d,要求測6次。實驗數(shù)據(jù)2.數(shù)據(jù)處理自擬數(shù)據(jù)處理表格。求解d，并用不確定度表示測量結(jié)果。次數(shù)衍射-1級衍射+1級左端讀數(shù)右端讀數(shù)左端讀數(shù)右端讀數(shù)123456平均表1：透射光柵常數(shù)的測量實驗數(shù)據(jù)（汞燈光譜分析）1數(shù)據(jù)記錄自擬數(shù)據(jù)記錄表格。測出汞燈各譜線的k=±1、±2的衍射角，計算各譜線波長及百分誤差。表2：汞燈光譜的研究光譜衍射-1級衍射+1級左端讀數(shù)右端讀數(shù)左端讀數(shù)右端讀數(shù)紫藍綠黃1黃2衍射-2級衍射+2級左端讀數(shù)右端讀數(shù)左端讀數(shù)右端讀數(shù)注意事項1分光計是較精密的光學(xué)儀器，要加倍愛護，不應(yīng)在制動螺絲鎖緊時強行轉(zhuǎn)動望遠鏡，也不要隨意擰動狹縫。2光柵是精密光學(xué)器件，嚴(yán)禁用手觸摸刻痕，注意輕拿輕放，以免弄臟或損壞。3在測量數(shù)據(jù)前務(wù)須檢查分光計的幾個制動螺絲是否鎖緊，若未鎖緊，取得的數(shù)據(jù)會不可靠。4測量中應(yīng)正確使用望遠鏡轉(zhuǎn)動的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測量準(zhǔn)確度。5在游標(biāo)讀數(shù)過程中，由于望遠鏡可能位于任何方位，故應(yīng)注意望遠鏡轉(zhuǎn)動過程中是否過了刻度的零點。預(yù)習(xí)題1.用測d應(yīng)保證什么條件？實驗時這些條件是怎樣保證的？2.按圖5的放法放置光柵有什么好處？圖5光柵放置在載物平臺上思考題1.如果光柵平面和轉(zhuǎn)軸平行，但刻縫和轉(zhuǎn)軸