實(shí)驗(yàn)四

　分光計(jì)得調(diào)整及光柵常數(shù)得測(cè)定 分光計(jì)作為基本得光學(xué)儀器之一,它就是精確測(cè)定光線偏轉(zhuǎn)角得儀器,也稱之為測(cè)角儀。光學(xué)中很多基本量(如反射角、折射角、衍射角等)都可以由它直接測(cè)量。因此，可以應(yīng)用它測(cè)定物質(zhì)得有關(guān)常數(shù)(如折射率、光柵常數(shù)、光波波長等),或研究物質(zhì)得光學(xué)特性(如光譜分析)。應(yīng)用分光計(jì)必須經(jīng)過一系列仔細(xì)得調(diào)整，才能得到準(zhǔn)確得結(jié)果。因此,在學(xué)習(xí)使用過程中,要做到嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致,才能正確掌握。

　【實(shí)驗(yàn)?zāi)康谩?/p>

　１。了解分光計(jì)構(gòu)造得基本原理。

　2．學(xué)習(xí)分光計(jì)得調(diào)整技術(shù),掌握分光計(jì)得正確使用方法. ３。利用分光計(jì)測(cè)定光柵常數(shù)。

　【實(shí)驗(yàn)原理】

　1．分光計(jì) 光線入射到光學(xué)元件上,由于反射或折射等作用,使光線產(chǎn)生偏離，分光計(jì)就就是用來測(cè)量入射光與出射光之間偏離角度得一種儀器。要測(cè)定此角，必須滿足兩個(gè)條件: ⑴ 入射光與出射光均為平行光； ⑵ 入射光、出射光以及反射面或折射面得法線都與分光計(jì)得刻度盤平行. 為此,分光計(jì)上裝有能造成平行光得平行光管、觀察平行光得望遠(yuǎn)鏡及放置光學(xué)元件得載物臺(tái),它們都裝有調(diào)節(jié)水平得螺釘。為了讀出測(cè)量時(shí)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過得角度,配有與望遠(yuǎn)鏡連接在一起得刻度盤，如圖4—1所示。各部分別介紹如下：

　⑴ 讀數(shù)裝置。在底座１9得中央固定一中心軸,度盤２２與游標(biāo)盤21套在中心軸上，可以繞中心軸旋轉(zhuǎn);度盤下端有軸承支撐,使旋轉(zhuǎn)輕便靈活;度盤上得刻線把360°圓周角分成720等份，每份為30′。同一直徑方向兩端各有一個(gè)游標(biāo)讀數(shù)裝置,測(cè)量時(shí),對(duì)望遠(yuǎn)鏡得兩個(gè)位置中每一位置都讀出兩個(gè)數(shù)值,然后對(duì)同側(cè)得差值讀數(shù)取平均值,這樣可以消除因偏心引起得誤差（見本實(shí)驗(yàn)參考資料)。

　⑵ 平行光管。立柱2３固定在底座上，平行光管３安裝在立柱上,平行光管得光軸位置可以通過立柱上得調(diào)節(jié)螺釘26、２7分別進(jìn)行左右、水平微調(diào),平行光管有一狹縫裝置1。旋松螺釘２,轉(zhuǎn)動(dòng)裝有狹縫得內(nèi)套筒使狹縫成嚴(yán)格得垂直狀，前后移動(dòng)內(nèi)套筒,使狹縫嚴(yán)格地處在透鏡焦平面上,則平行光管發(fā)出狹縫平行光。

　狹縫得寬度可在0、02～2、0０mm內(nèi)由螺釘28調(diào)節(jié)，一般在教師指導(dǎo)下調(diào)節(jié).

　 圖４-２

　望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)

　圖4—3

　分劃板視場 ⑶ 望遠(yuǎn)鏡。阿貝自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡8安裝在支臂１４上,支臂與轉(zhuǎn)座20固定在一起并套在度盤上。當(dāng)松開制動(dòng)螺釘16時(shí)，轉(zhuǎn)座與度盤可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)旋緊此制動(dòng)螺釘,轉(zhuǎn)座與度盤一起旋轉(zhuǎn).旋緊制動(dòng)架18與底座上得制動(dòng)螺釘17時(shí)，借助于此制動(dòng)架末端上得調(diào)節(jié)螺釘１５可以對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行左右轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào).望遠(yuǎn)鏡得光軸位置,可以通過螺釘12、1３分別進(jìn)行水平、左右微調(diào). 阿貝自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12—２所示，從目鏡所見分劃板視場如圖4—3.旋目鏡調(diào)焦手輪11，使目鏡中能十分清晰地瞧到分劃板上得分劃線.旋松螺釘9，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡組１0使分劃線成水平狀。前后移動(dòng)目鏡組，使分劃板處在物鏡得焦平面上,則亮十字經(jīng)物鏡發(fā)出得光為平行光，當(dāng)它被反射回望遠(yuǎn)鏡時(shí)，將在分劃板上成清晰得亮十字像,且與實(shí)物亮十字無視差。

　⑷ 載物臺(tái)。載物臺(tái)5套在游標(biāo)盤上,可繞中心軸旋轉(zhuǎn)，旋緊載物臺(tái)鎖緊螺釘7與制動(dòng)架4與游標(biāo)盤得制動(dòng)螺釘２5時(shí),借助于立柱２３得調(diào)節(jié)螺釘24可以對(duì)載物臺(tái)進(jìn)行微調(diào)。放松載物臺(tái)鎖緊螺釘時(shí),載物臺(tái)可根據(jù)需要升高或降低。調(diào)到所需位置后,再把鎖緊螺釘鎖緊.載物臺(tái)有三只調(diào)平螺釘6,可用來調(diào)節(jié)載物臺(tái)面,使之與旋轉(zhuǎn)主軸垂直。

　⑸ 照明.外接6、3V電源，插頭插圖 圖 4-1

　JJY 型 型 1´ 分光計(jì)

　圖 圖 4-4

　衍射光柵

　分劃線 十字叉絲

　在底座得插座上，經(jīng)導(dǎo)電環(huán)通到轉(zhuǎn)座得插座上,望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)得照明器插頭與之相接,這樣可以避免望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)電線拖動(dòng)。

　２。光柵 光柵就是由許多等寬度a（透光部分）、等間距b(不透光部分)得平行縫組成得一種分光元件。當(dāng)波長為λ得單色光垂直照射在光柵面上時(shí)，則透過各狹縫得光線因衍射將向各方向傳播，經(jīng)透鏡會(huì)聚后相互干涉,并在透鏡焦平面上形成一系列間距不同得明條紋。根據(jù)夫瑯與費(fèi)衍射理論,衍射光譜中明條紋得位置由下式?jīng)Q定：

　(a+ｂ）sinφ k =kλ（k=0,±1,±2,…）

　 (4-1) 式中a+ｂ =d稱為光柵常數(shù)，k為光譜級(jí)數(shù)，φ k 為第k級(jí)譜線得衍射角。見圖4—4，k=０對(duì)應(yīng)于φ=0，稱為中央明條紋,其它級(jí)數(shù)得譜線對(duì)稱分布在零級(jí)譜線得兩側(cè)。

　如果入射光不就是單色光,則由式(4-1）可知，λ不同,φ k 也各不相同，于就是將復(fù)色光分解。而在中央k＝ 0,φ k =0處，各色光仍然重疊在一起，組成中央明條紋。在中央明條紋兩側(cè)對(duì)稱地分布k=1，２,…級(jí)光譜線,各級(jí)譜線都按波長由小到大，依次排列成一組彩色譜線,如圖４—5所示。

　根據(jù)式（４-1)，如能測(cè)出各種波長譜線得衍射角φ k ，則從已知波長λ得大小，可以算出光柵常數(shù)d；反之,已知光柵常數(shù)d,則可以算出波長λ． 【實(shí)驗(yàn)儀器】

　 分光計(jì),鈉光燈，雙平面鏡，光柵。

　【注意事項(xiàng)】

　1.移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，只能推動(dòng)立柱1４,不允許搬動(dòng)鏡筒及目鏡。

　2。取放雙面鏡及光柵時(shí)只能拿邊緣，不許觸摸表面，且嚴(yán)防失手摔碎;不許擦拭光柵. ３.狹縫寬度要在教師指導(dǎo)下緩慢調(diào)節(jié)。

　【實(shí)驗(yàn)步驟】

　1。首先,檢查儀器及用具就是否齊全、完好,然后將鈉燈電源插頭插于墻上,打開鈉光燈預(yù)熱。打開6V變壓器開關(guān)。

　2。目鏡得調(diào)焦:轉(zhuǎn)動(dòng)接目鏡調(diào)焦手輪11直至視場中分劃線清晰。

　３。望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦:取出雙平面鏡,扣在望遠(yuǎn)鏡８得前端,即使平面鏡平面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直.從目鏡中觀察,可以瞧到一亮斑，旋松螺釘9,前后微動(dòng)目鏡組,對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行調(diào)焦,使亮斑成為清晰得十字像,旋緊螺釘9。

　圖 圖 4-5

　光柵衍射譜

　4。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸、載物臺(tái)平面垂直于旋轉(zhuǎn)主軸:① 粗調(diào):調(diào)節(jié)載物臺(tái)a、b、c三只螺釘使兩圓盤夾縫處螺釘螺紋數(shù)大致相等（６個(gè)螺紋數(shù)最佳）;調(diào)節(jié)目鏡下方螺釘12使望遠(yuǎn)鏡大致水平。②細(xì)調(diào)：把雙平面鏡按圖１２——６所示方位放置于載物臺(tái)上，左手使灰臺(tái)板左右小角度轉(zhuǎn)動(dòng),使平面鏡平面與望遠(yuǎn)鏡光軸有橫向垂直機(jī)會(huì)，眼瞧目鏡,同時(shí)用右手調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡水平調(diào)節(jié)螺釘1２(尋找縱向垂直機(jī)會(huì))至視場中出現(xiàn)亮十字像,并調(diào)１2使十字像處于圖4—3所示位置（實(shí)際操作中可簡化為十字像橫與分劃線重與)．轉(zhuǎn)動(dòng)灰臺(tái)板使雙平面鏡轉(zhuǎn)到反面，用手小角度左右轉(zhuǎn)動(dòng),尋找反面垂直機(jī)會(huì),若無十字像出現(xiàn),立即把平面鏡轉(zhuǎn)回正面。觀察望遠(yuǎn)鏡狀態(tài),瞧目鏡一端就是向上還就是向下傾斜？ 判斷后,調(diào)節(jié)螺釘12校正望遠(yuǎn)鏡水平,此時(shí)，視場中十字像偏離了分劃線（注意:上—--—不可出視場;下－—-—不過橫叉絲)，調(diào)節(jié)載物臺(tái)螺釘a,使亮十字像回到分劃線,經(jīng)過一次或多次判斷、調(diào)節(jié)，反面視場中定會(huì)瞧到十字像。但此時(shí)反面十字像橫與分劃線不重與。調(diào)節(jié)螺釘12使十字像向分劃線趨近一半,再調(diào)節(jié)載物臺(tái)螺釘b使二者重合（以下稱‘一半一半’法);轉(zhuǎn)回正面，十字像橫與分劃線又不重與了,調(diào)螺釘12使十字像向分劃線趨近一半，再調(diào)節(jié)螺釘a使二者重合。這樣反復(fù)多次‘一半一半’地調(diào)節(jié),就會(huì)使得兩面得十字像橫均與分劃線重合，望遠(yuǎn)鏡光軸與旋轉(zhuǎn)主軸垂直了,但此時(shí)載物臺(tái)平面不一定與旋轉(zhuǎn)主軸垂直,這就是由于兩條直線確定一個(gè)平面.以上僅調(diào)了一條直線,即ａ、b螺釘頂端所在得直線。這時(shí)可把雙面鏡按圖4-—7所示放置，調(diào)節(jié)螺釘ｃ(此時(shí)不能再動(dòng)螺釘ａ、b、12）使雙面鏡正面對(duì)應(yīng)十字像橫與分劃線重合,這時(shí)載物臺(tái)平面與旋轉(zhuǎn)主軸垂直了。

　圖4-6

　雙面鏡初放置

　 圖4—７

　雙面鏡轉(zhuǎn)置 5。調(diào)節(jié)分劃板成水平與豎直

　當(dāng)載物臺(tái)連同雙平面鏡相對(duì)望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)觀察，如果分劃線與亮十字得移動(dòng)方向不平行,就要轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡組,使亮十字得移動(dòng)方向與分劃線平行.注意，此時(shí)不可破壞望遠(yuǎn)鏡得調(diào)焦，然后將目鏡得鎖緊螺釘旋緊。

　6.平行光管得調(diào)焦

　首先關(guān)掉望遠(yuǎn)鏡目鏡照明器上得光源,拿走載物臺(tái)上得雙平面鏡。打開狹縫28,用漫反射光照明狹縫,前后移動(dòng)狹縫裝置1,使狹縫清晰地成像在望遠(yuǎn)鏡分劃板平面上。然后把平行光管光軸左右調(diào)整螺釘26調(diào)到適中位置,并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸左右調(diào) 整螺釘１３與平行光管水平調(diào)整螺釘27，使狹縫位于視場中心。最后，旋轉(zhuǎn)狹縫裝置,使狹縫與目鏡分劃板得叉絲豎線平行,注意不要破壞平行光管得調(diào)焦,然后將狹縫裝置鎖緊螺釘旋緊。

　表4－1 次數(shù) 目鏡豎絲位置 左端刻度盤讀數(shù) 右端刻度盤讀數(shù) φ １

　1 左一級(jí) θ 1 θ 2

　 右一級(jí) θ 1 ´ θ 2 ´ ２ 左一級(jí)

　右一級(jí)

　 3 左一級(jí)

　右一級(jí)

　 ７。用鈉黃光(λ=589、3ｎm）測(cè)衍射角:將平行光管正對(duì)鈉光燈,并將光柵放在載物臺(tái)上使其與平行光管光軸垂直，觀察其零級(jí)及一級(jí)衍射條紋,可以瞧到一級(jí)衍射條紋就是兩條靠得很近得譜線(589、0nm與589、６ｎm）,λ=58９、3nm就是它們得波長得平均值。分別測(cè)定左一級(jí)、右一級(jí)衍射條紋左、右兩端刻度盤得讀數(shù),重復(fù)測(cè)量三次,并記錄在表4-1中。

　圖 12—8

　角游標(biāo)讀數(shù)練習(xí)

　圖１2-９

　偏心差原理 如此，得本光柵對(duì)鈉黃光得一級(jí)衍射角為

　(４－２) 求得此光柵衍射得一級(jí)衍射角得三次測(cè)量得平均值,取ΔB=１′＝度，求測(cè)量結(jié)果得不確定度Δφ 1 ，并由求得光柵常數(shù)，由Δφ 1 利用不確定度傳遞公式

　 (4—3) 求得Δd,則光柵常數(shù)ｄ=±Δd。

　*注意Δφ要化為弧度。

　【思考題】

　１、應(yīng)用分光計(jì)進(jìn)行測(cè)量之前,應(yīng)調(diào)節(jié)到何種狀態(tài)? 2、調(diào)節(jié)分光計(jì)得基本步驟就是什么？ 3、按游標(biāo)原理,讀出圖4-8中得角度數(shù)。

　參考資料

　消除偏心差得原理 由于刻度盤中心與游標(biāo)盤中心并不一定重合，真正轉(zhuǎn)過得角度同讀出得角度之間會(huì)稍有差別，這個(gè)差別叫“偏心差”。

　如圖4-9所示，O與O′分別為刻度盤與游標(biāo)盤得中心,游標(biāo)盤轉(zhuǎn)過得角度為φ,但讀出得角度,在兩個(gè)游標(biāo)上分別為φ １ 與φ 2 。

　由幾何原理可知: ，

　又因?yàn)?/p>

　故

　所以實(shí)驗(yàn)時(shí),取兩個(gè)游標(biāo)讀出得角度數(shù)值得平均值。

推薦訪問： 分光計(jì) 實(shí)驗(yàn) 報(bào)告