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2017-09-17 发布于重庆

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实验十八分光计的调整及光栅衍射

分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种仪器。用它可以测量折射率、色散本领、光波波长等物理量。分光计的结构复杂、装置精密，调节要求也比较高，使用时必须严格按调节要求和步骤仔细地调节。它的调整方法和操作技能在光学仪器中具有普遍意义。分光计的结构又是其它许多光学仪器（如摄谱仪、单色仪、分光光度计等）的基础。学习它的调节原理，为使用其它更复杂的光学仪器打下了基础。

[实验目的]

1. 了解分光计的结构和各部分作用，学会分光计的调整和使用方法。

2. 观察光栅的衍射光谱。用光栅测定汞原子光谱部分谱线的波长。

[实验原理]

光栅系由大量相互平行、等宽、等距的狭缝之组合。通常分为透射光栅和平面反射光栅。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。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成，一般每毫米约250~600条线。随着激光技术的发展，现在又制造出了全息光栅。

图17-1 光栅衍射光谱示意图

当一束平行单色光垂直照射到光栅平面上，则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列锐细的明条纹（称为谱线）。入射光与光栅法线夹角为φ(称衍射角),相邻两衍射光的光程差为

sin = kλ (17-1)

时,在透镜焦点处产生一明条纹。式中λ为入射光波长，k为谱线的级次，φκ是第k级谱线的衍射角。称为光栅常数。

如果入射光为一束复色光，经光栅衍射后，在k=0处，各色光迭加在一起呈原色，称为中央明纹。在中央明纹的两侧，且同一级k谱线按短波长向长波方向散开而形成彩色谱线，称光栅的衍射光谱。

图17-1为低压汞灯的第一级光栅衍射光谱。它的每一级有四条特征谱线：紫色435.8nm；绿色546.1nm；黄色577.0nm和579.0nm。

从（17-1）式可见，如果已知光栅常数。用分光计测出第k级谱线中某一明条纹的衍射角φκ，可计算出该明条纹所对应的单色光的波长。

[实验仪器]

JJ型分光计及其附件，全息光栅，汞灯

[实验内容]

调整分光计

分光计是用来测量入射光和出射光传播方向之间角度的仪器。根据反射和折射定律，

分光计必须满足下述要求：

（1）入射光和出射光应当是平行光；

（2）入射光线、出射光线与反射面（或折射面）的法线所构成平面应当与分光计的刻度盘平行。

为此，调整分光计的要求：

望远镜能接收平行光；

平行光管能发出平行光；

望远镜和平行光管的光轴所组成的平面垂直于分光计的中心旋转轴。

望远镜光轴与平行光管光轴所组成的平面与载物台平面及刻度盘平面平行。

为此，必须按下列步骤进行调整：

目测粗调

放松载物台的三个调平螺钉，使载物平台在最低处。凭眼睛观察，调节望远镜倾斜度调节螺钉（5）与平行光管倾斜度螺钉（9）（见附录），使望远镜与平行光管的主光轴大致同轴。目测是细调的前提，也是分光计能否被顺利调到可测量状态的保证。

调整望远镜

（1）望远镜调焦

目的是将分划板上的叉丝调整到物镜的焦平面上，让望远镜调焦于无穷远，使望远镜适合于接收平行光。

调焦步骤可按下列图表程序进行：

目镜调焦

调节要求清晰地看到叉丝和透光小十字调节现象说明视场显示 ①通电照明小十字及叉丝

②旋动目镜，调节目镜和分划板相对位置。使叉丝及小十字由模糊变成清晰。

物镜调焦调节要求使分划板处于物镜焦平面上调节方法及标志采用自准法，在视场中同时看清小十字及其反射的自准象。调节现象说明视场显示 ①开启狭缝，光源照明狭缝，在望远镜中看到较清晰的狭缝。置平面镜于平台上，再使望远镜光轴大致垂直于平面镜。

左右转动载物台，使视场中可以看到狭缝的反射像的一部分尾部（或头部）；调节载物台螺钉或望远镜螺钉，使狭缝像上移（或下移）。这时，小十字像也跟着出现在视场中。

↓ ↑

尾头

②前后移动目镜系统，调节分划板与物镜间距。从目镜中清晰地看到小十字自准像，叉丝、小十字像皆十分清晰。望远镜与载物台联合调节调节要求使望远镜光轴与仪器中心旋转轴垂直，并使载物台面与中心旋转轴垂直。调节方法及标志采用望远镜与载物台各半调节法，使平面镜在载物台的二个方位上前后两表面反射回来的小十字像始终与分划板“上十字叉丝”重合。调节说明视场显示 ①旋转载物台，使平面镜前后两面反射的小十字像皆在望远镜视场内。如看不到，可重复物镜调焦步骤，直到前后两面均能看到小十字像。设其中一面小十字像与“上十字叉丝”距离为h。 ②调节载物台三个螺钉

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