南昌大学物理实验报告分光计调节与使用_分光计实验总结
时间:2020-08-05 13:17:50 来源:天一资源网 本文已影响 人
分光计的调整及光栅常数的测量
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观察光栅的衍射光谱,理解光栅衍射基本规律。
3学会测定光栅的光栅常数.
二 实验仪器
分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等
三 实验原理
衍射光栅、光栅常数
图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度,b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。
图40-1 图40-2 光栅衍射原理图
图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度,b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。
2.光栅方程、光栅光谱
由图40-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为:
式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b为光栅常数,若在光栅片上每厘米刻有n条刻痕,则光栅常数cm。? 为衍射角。
当衍射角? 满足光栅方程:
( k =0,±1,±2…) (40-1)
时,光会加强。式中? 为单色光波长,k是明条纹级数。
图40-3如果光源中包含几种不同波长的复色光,除零级以外,同一级谱线将有不同的衍射角?。因此,在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的谱线,称为光栅光谱。相同k值谱线组成的光谱为同一级光谱,于是就有一级光谱、二级光谱……之分。图40-3为低压汞灯的衍射光谱示意图,它每一级光谱中有4条特征谱线:紫色?1= 435.8nm,绿色?2=546.1nm,黄色两条?3= 577.0nm和?4=579.1nm。
图40-3
四 实验步骤
1 调节分光计
调整望远镜:a目镜调焦:清楚的看到分划板刻度线。
b调整望远镜对平行光聚焦:分划板调到物镜焦平面上。
c调整望远镜光轴垂直主轴:当镜面与望远镜光轴垂直时,反射象落在上十字线中心,平面镜旋转180°后,另一镜面的反射象仍落在原处。
(2) 调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴:将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上,物镜将出射平行光。
2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。
(1)调整载物台的上下台面大致平行,将棱镜放到平台上,是镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。
(2)接通目镜照明光源,遮住从平行光管来的光,转动载物台,在望远镜中观察从侧面AC和AB返回的十字象,只调节台下三螺钉,使其反射象都落在上十子线处。
光栅常数与光波波长的测量
(1)以绿色光谱线的波长 ? = 546.07nm为已知。测出其第一级(k = 1)光谱的衍射角?。为了消除分光计的偏心差,应同时读出分光计左、右两游标的读数。对 k = +1时,记下S1、S2;对k = -1时,记下S1′、S2′。则所测得的?为:
重复测量4次,计算d值及其不确定度u(d)。
五 数据表格与数据记录
绿光
次数
1
2
由公式分别求出,填入表格中。
由公式求得
六 小结与讨论
做此实验观察了光栅的衍射光谱,理解了光栅衍射的基本规律,进一步熟悉了分光计的调节与使用,测定了光栅常数。达到了实验的预期要求。
讨论:对于同一光源,分别利用光栅分光和棱镜分光有什么不同?
光栅分光:光波将在每个狭缝处发生衍射,经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉,这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。光栅在使用面积一定的情况下,狭缝数越多,分辨率越高;对于光栅常数一定的光栅,有效使用面积越大,分辨率越高。
棱镜分光:棱镜也是分光系统中的一个组成部件,因棱镜色散力随波长不同而变化,所在宽入射角宽波段偏振分光棱镜。棱镜分辨率随波长变化而变化,在短波部分分辨率较大,即棱镜分光具有“非匀排性”,色谱的光谱为“非匀排光谱”。这是棱镜分光最大的不足。
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