分光計(jì)

1.平行光管

如圖3所示，平行光管的作用是產(chǎn)生平行光。在其圓柱形筒的一端裝有一個(gè)可伸縮的套筒，套筒末端有一狹縫，筒的另一端裝有消色差透鏡組。伸縮狹縫裝置，使其恰位于透鏡的焦平面上時(shí)，平行光管就出射平行光?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)平行光管光軸水平調(diào)整螺絲?28?和平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲?29?改變平行光管光軸的方向，通過調(diào)節(jié)狹縫寬度調(diào)節(jié)螺絲?1?改變狹縫寬度，改變?nèi)肷涔馐鴮挾取?/p>

2.望遠(yuǎn)鏡

望遠(yuǎn)鏡用于觀察及定位被測(cè)光線。它是由物鏡、自準(zhǔn)目鏡和測(cè)量用十字刻度線所組成的一個(gè)圓筒，本實(shí)驗(yàn)所使用的分光計(jì)帶有阿貝式自準(zhǔn)目鏡，其結(jié)構(gòu)如圖4?所示。照明小燈泡的光自筒側(cè)進(jìn)入，經(jīng)小三棱鏡反射后照亮分劃板上的下半部十字刻度線。十字刻度線方向、目鏡及物鏡間的距離皆可調(diào)，當(dāng)叉絲位于物鏡焦平面上時(shí)，叉絲發(fā)出的光經(jīng)物鏡后成為平行光。該平行光經(jīng)雙面反射鏡反射后，再經(jīng)物鏡聚焦在分劃板平面上，形成十字叉絲的像(綠色)。

望遠(yuǎn)鏡調(diào)好后，從目鏡中可同時(shí)看清十字刻度線和叉絲的"十"字像，且兩者間無視差。另外，可通過調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13和望遠(yuǎn)鏡光軸水平調(diào)節(jié)螺絲14改變望遠(yuǎn)鏡光軸的方向。

3.刻度圓盤

分光計(jì)出廠時(shí)，已經(jīng)將刻度盤平面調(diào)到與儀器轉(zhuǎn)軸垂直并加以固定。刻度圓盤被分成360度，最小分度值是半度(30¢)。小于半度的數(shù)值可在游標(biāo)上讀出，兩個(gè)游標(biāo)在黑色內(nèi)盤邊緣對(duì)徑方向，游標(biāo)分成30小格。游標(biāo)盤一般與載物臺(tái)固連，可繞儀器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，有螺釘可以止動(dòng)游標(biāo)盤。

刻度圓盤讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法相似，如圖5所示讀數(shù)為116012¢。為了消除刻度盤與分光計(jì)中心軸線之間的偏心差，在刻度盤同一直徑的兩端各裝有一個(gè)游標(biāo)。測(cè)量時(shí)，兩個(gè)游標(biāo)都應(yīng)讀數(shù)，然后算出每個(gè)游標(biāo)兩次讀數(shù)的差，再取平均值。這個(gè)平均值可作為望遠(yuǎn)鏡(或載物臺(tái))轉(zhuǎn)過的角度，并且消除了偏心差。

另外，在計(jì)算望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度時(shí)，要注意游標(biāo)是否經(jīng)過了刻度盤的零點(diǎn)。例如:望遠(yuǎn)鏡(或載物臺(tái))由位置Ⅰ轉(zhuǎn)到位置Ⅱ時(shí)，對(duì)應(yīng)的游標(biāo)讀數(shù)分別為 、 、 、 ，游標(biāo)?1?未跨過零點(diǎn)，望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度 ，游標(biāo)?2?跨過了零點(diǎn)，這時(shí)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度應(yīng)按下式計(jì)算 。如果從游標(biāo)讀出的角度 、 ，而游標(biāo)又未經(jīng)過零點(diǎn)，則計(jì)算結(jié)果應(yīng)取絕對(duì)值。

分光計(jì)是測(cè)量角度的儀器，大致構(gòu)造如圖1。

如圖2所示，分光計(jì)主要由五個(gè)部件組成:三角底座，平行光管、望遠(yuǎn)鏡、刻度圓盤和載物臺(tái)。圖中各調(diào)節(jié)裝置的名稱及作用如下:

1--狹縫寬度調(diào)節(jié)螺絲。調(diào)節(jié)狹縫寬度，改變?nèi)肷涔鈱挾?/p>

2--狹縫裝置。

3--狹縫裝置鎖緊螺絲。松開時(shí)，前后拉動(dòng)狹縫裝置，調(diào)節(jié)平行光。調(diào)好后鎖緊，用來固定狹縫裝置。

4--平行光管，產(chǎn)生平行光。

5--載物臺(tái)。放置光學(xué)元件。臺(tái)面下方裝有三個(gè)細(xì)牙螺絲7，用來調(diào)整臺(tái)面的傾斜度。松開螺絲8可升降、轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)。

6--夾持待測(cè)物簧片。夾持載物臺(tái)上的光學(xué)元件。

7--載物臺(tái)調(diào)節(jié)螺絲(3只)。調(diào)節(jié)載物臺(tái)臺(tái)面水平。

8--載物臺(tái)鎖緊螺絲。松開時(shí)，載物臺(tái)可單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)和升降;鎖緊后，可使載物臺(tái)與讀數(shù)游標(biāo)盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)

9--望遠(yuǎn)鏡。觀測(cè)經(jīng)光學(xué)元件作用后的光線。

10--目鏡裝置鎖緊螺絲。松開時(shí)，目鏡裝置可伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng)(望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦);鎖緊后，固定目鏡裝置。

11--阿貝式自準(zhǔn)目鏡裝置?？缮炜s和轉(zhuǎn)動(dòng)(望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦)。

12--目鏡調(diào)焦手輪。調(diào)節(jié)目鏡焦距，使分劃板、叉絲清晰。

13--望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的俯仰角度。

14--望遠(yuǎn)鏡光軸水平調(diào)節(jié)螺絲。調(diào)節(jié)該螺絲，可使望遠(yuǎn)鏡在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

15--望遠(yuǎn)鏡支架。

16--游標(biāo)盤。盤上對(duì)稱設(shè)置兩游標(biāo)。

17--游標(biāo)。分成30小格，每一小格對(duì)應(yīng)角度?1'

18--望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲。該螺絲位于圖14-1的反面。鎖緊望遠(yuǎn)鏡支架制動(dòng)螺絲?21?后，調(diào)節(jié)螺絲18，使望遠(yuǎn)鏡支架作小幅度轉(zhuǎn)動(dòng)。

19--刻度盤。分為360°，最小刻度為半度(30′)，小于半度則利用游標(biāo)讀數(shù)。

20--目鏡照明電源。打開該電源20，從目鏡中可看到一綠斑及黑十字。

21--望遠(yuǎn)鏡支架制動(dòng)螺絲。該螺絲位于圖14-1的反面。鎖緊后，只能用望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲18使望遠(yuǎn)鏡支架作小幅度轉(zhuǎn)動(dòng)。

22--望遠(yuǎn)鏡支架與刻度盤鎖緊螺絲。鎖緊后，望遠(yuǎn)鏡與刻度盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

23--分光計(jì)電源插座。

24--分光計(jì)三角底座。它是整個(gè)分光計(jì)的底座。底座中心有沿鉛直方向的轉(zhuǎn)軸套，望遠(yuǎn)鏡部件整體、刻度圓盤和游標(biāo)盤可分別獨(dú)立繞該中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。平行光管固定在三角底座的一只腳上。

25--平行光管支架。

26--游標(biāo)盤微調(diào)螺絲。鎖緊游標(biāo)盤制動(dòng)螺絲27后，調(diào)節(jié)螺絲26可使游標(biāo)盤作小幅度轉(zhuǎn)動(dòng)。

27--游標(biāo)盤制動(dòng)螺絲。鎖緊后，只能用游標(biāo)盤微調(diào)螺絲26使游標(biāo)盤作小幅度轉(zhuǎn)動(dòng)。

28--平行光管光軸水平調(diào)節(jié)螺絲。調(diào)節(jié)該螺絲，可使平行光管在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

29--平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲。調(diào)節(jié)平行光管的俯仰角。

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1. 了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用方法;

2. 利用分光計(jì)測(cè)定三棱鏡的頂角;

【實(shí)驗(yàn)儀器】

分光計(jì)，雙面平面反射鏡，玻璃三棱鏡。

【實(shí)驗(yàn)原理】

如圖6所示，設(shè)要測(cè)三棱鏡AB面和AC面所夾的頂角a，只需求出j即可，則a=180°-j。

圖6 測(cè)三棱鏡頂角

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】

一、分光計(jì)的調(diào)整

(一)調(diào)整要求:

1.望遠(yuǎn)鏡聚焦平行光，且其光軸與分光計(jì)中心軸垂直。

2.載物臺(tái)平面與分光計(jì)中心軸垂直。

(二)望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)

1.目鏡調(diào)焦

目鏡調(diào)焦的目的是使眼睛通過目鏡能很清楚地看到目鏡中分劃板上的刻線和叉絲，調(diào)焦辦法:接通儀器電源，把目鏡調(diào)焦手輪12旋出，然后一邊旋進(jìn)一邊從目鏡中觀察，直到分劃板刻線成像清晰，再慢慢地旋出手輪，至目鏡中刻線的清晰度將被破壞而未被破壞時(shí)為止。旋轉(zhuǎn)目鏡裝置11，使分劃板刻線水平或垂直。

2.望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦

望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦的目的是將分劃板上十字叉絲調(diào)整到焦平面上，也就是望遠(yuǎn)鏡對(duì)無窮遠(yuǎn)聚焦。其方法如下:將雙面反射鏡緊貼望遠(yuǎn)鏡鏡筒，從目鏡中觀察，找到從雙面反射鏡反射回來的光斑，前后移動(dòng)目鏡裝置11，對(duì)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，使綠十字叉絲成像清晰。往復(fù)移動(dòng)目鏡裝置，使綠十字叉絲像與分劃板上十字刻度線無視差，最后鎖緊目鏡裝置鎖緊螺絲?10 .

(三)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計(jì)中心軸(各調(diào)一半法)

調(diào)節(jié)如圖7?所示的載物臺(tái)調(diào)平螺絲?b?和?c?以及望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13，使分別從雙面反射鏡的兩個(gè)面反射的綠十字叉絲像皆與分劃板上方的十字刻度線重合，如圖8(a)所示。此時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸就垂直于分光計(jì)中心軸了。具體調(diào)節(jié)方法如下:

(1)將雙面反射鏡放在載物臺(tái)上，使鏡面處于任意兩個(gè)載物臺(tái)調(diào)平螺絲間連線的中垂面，如圖7所示。

圖7 用平面鏡調(diào)整分光計(jì)

(2)目測(cè)粗調(diào)。用目測(cè)法調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺絲7及望遠(yuǎn)鏡、平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13、29，使載物臺(tái)平面及望遠(yuǎn)鏡、平行光管光軸與分光計(jì)中心軸大致垂直。

由于望遠(yuǎn)鏡視野很小，觀察的范圍有限，要從望遠(yuǎn)鏡中觀察到由雙面反射鏡反射的光線，應(yīng)首先保證該反射光線能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。因此，應(yīng)先在望遠(yuǎn)鏡外找到該反射光線。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙面反射鏡的法線成一小角度，眼睛在望遠(yuǎn)鏡外側(cè)旁觀察雙面反射鏡，找到由雙面反射鏡反射的綠十字叉絲像，并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲?13?及載物臺(tái)調(diào)平螺絲?b?和?c?，使得從雙面反射鏡的兩個(gè)鏡面反射的綠十字叉絲像的位置應(yīng)與望遠(yuǎn)鏡處于同一水平狀態(tài)。

(3)從望遠(yuǎn)鏡中觀察。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使雙面反射鏡反射的光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡內(nèi)。此時(shí)在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)出現(xiàn)清晰的綠十字叉絲像，但該像一般不在圖8(a)所示的準(zhǔn)確位置，而與分劃板上方的十字刻度線有一定的高度差，如圖8(b)所示。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13，使高度差?h?減小一半，如圖8(c)所示;再調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺絲b?或c，使高度差全部消除，如圖8(d)所示。再細(xì)微旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)使綠十字叉絲像和分劃板上方的十字刻度線完全重合，如圖8(a)所示。

圖(8) 各調(diào)一半法

(4)旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，使雙面反射鏡轉(zhuǎn)過180°，則望遠(yuǎn)鏡中所看到的綠十字叉絲像可能又不在準(zhǔn)確位置，重復(fù)(3)所述的各調(diào)一半法，使綠十字叉絲像位于望遠(yuǎn)鏡分劃板上方的十字刻度線的水平橫線上。

(5)重復(fù)上述步驟(3)(4)，使經(jīng)雙面反射鏡兩個(gè)面反射的的綠十字叉絲像均位于望遠(yuǎn)鏡分劃板上方的十字刻度線的水平橫線上。

至此，望遠(yuǎn)鏡的光軸完全與分光計(jì)中心軸垂直。此后，望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13不能再任意調(diào)節(jié)!

二、三棱鏡頂角的測(cè)定

1.待測(cè)件三棱鏡的調(diào)整

如圖9(a)放置三棱鏡于載物臺(tái)上。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺絲(此時(shí)不能調(diào)望遠(yuǎn)鏡)，使從棱鏡的二個(gè)光學(xué)面反射的綠十字叉絲像均位于分劃板上方的十字刻度線的水平橫線上，達(dá)到自準(zhǔn)。此時(shí)三棱鏡兩個(gè)光學(xué)表面的法線均與分光計(jì)中心軸相垂直。

圖9 三棱鏡的調(diào)整

2.自準(zhǔn)法測(cè)定三棱鏡頂角

將三棱鏡置于載物臺(tái)中央，鎖緊望遠(yuǎn)鏡支架與刻度盤聯(lián)結(jié)螺絲?22?及載物臺(tái)鎖緊螺絲?8?，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支架?15?，或轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)游標(biāo)盤?16?，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)?AB?面，在自準(zhǔn)情況(綠十字叉絲像和分劃板上方的十字刻度線完全重合)下，從兩游標(biāo)讀出角度 ?和 ?;同理轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)?AC?面，自準(zhǔn)時(shí)讀角度? ?和? ，將結(jié)果填入表2中。由圖9(b)中的光路和幾何關(guān)系可知，三棱鏡的頂角

(2)

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

表2 自準(zhǔn)法(或反射法)測(cè)頂角數(shù)據(jù)表格

次數(shù) 游標(biāo)1 游標(biāo)2

1

2

3

【注意事項(xiàng)】

不要用手拿三棱鏡兩個(gè)拋光面,如有不清潔,要用鏡頭紙擦凈。

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

利用分光計(jì)測(cè)定玻璃三棱鏡的折射率;

【實(shí)驗(yàn)儀器】

分光計(jì)，玻璃三棱鏡，鈉光燈。

【實(shí)驗(yàn)原理】

最小偏向角法是測(cè)定三棱鏡折射率的基本方法之一，如圖10所示，三角形?ABC?表示玻璃三棱鏡的橫截面，AB和 AC是透光的光學(xué)表面，又稱折射面，其夾角a稱為三棱鏡的頂角;BC?為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。假設(shè)某一波長的光線?LD?入射到棱鏡的?AB?面上，經(jīng)過兩次折射后沿?ER?方向射出，則入射線?LD?與出射線?ER?的夾角? ?稱為偏向角。

圖10 三棱鏡的折射

由圖10中的幾何關(guān)系，可得偏向角

(3)

因?yàn)轫斀莂滿足 ，則

(4)

對(duì)于給定的三棱鏡來說，角a是固定的， 隨 和 而變化。其中 與 、 、 依次相關(guān)，因此 實(shí)際上是 的函數(shù)，偏向角 也就僅隨 而變化。在實(shí)驗(yàn)中可觀察到，當(dāng) 變化時(shí)，偏向角 有一極小值，稱為最小偏向角。理論上可以證明，當(dāng) 時(shí)， 具有最小值。顯然這時(shí)入射光和出射光的方向相對(duì)于三棱鏡是對(duì)稱的，如圖11所示。

圖11 最小偏向角

若用 表示最小偏向角，將 代入(4)式 得

(5)

或

(6)

因?yàn)? ，所以? ，又因?yàn)? ，則

(7)

根據(jù)折射定律 得，

(8)

將式(6)、(7)代入式(8)得:

(9)

由式(9)可知，只要測(cè)出入射光線的最小偏向角 及三棱鏡的頂角 ，即可求出該三棱鏡對(duì)該波長入射光的折射率n .

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】

1.調(diào)節(jié)分光計(jì)

按實(shí)驗(yàn)24一1中的要求與步驟調(diào)整好分光計(jì)。

2.調(diào)整平行光管

(1)去掉雙面反射鏡，打開鈉光燈光源。

(2)打開狹縫，松開狹縫鎖緊螺絲3。從望遠(yuǎn)鏡中觀察，同時(shí)前后移動(dòng)狹縫裝置2，直至狹縫成像清晰為止。然后調(diào)整狹縫寬度為1毫米左右(用狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪?1?調(diào)節(jié))。

(3)調(diào)節(jié)平行光管的傾斜度。將狹縫轉(zhuǎn)至水平，調(diào)節(jié)平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲29，使狹縫像與望遠(yuǎn)鏡分劃板的中心橫線重合。然后將狹縫轉(zhuǎn)至豎直方向，使之與分劃板十字刻度線的豎線重合，并無視差。最后鎖緊狹縫裝置鎖緊螺絲3。此時(shí)平行光管出射平行光，并且平行光管光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸重合。至此分光計(jì)調(diào)整完畢。

3.測(cè)三棱鏡的折射率

(1)將三棱鏡置于載物臺(tái)上，并使玻璃三棱鏡折射面的法線與平行光管軸線夾角約為?60度。

(2)觀察偏向角的變化。用光源照亮狹縫，根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向。先用眼睛(不在望遠(yuǎn)鏡內(nèi))在此方向觀察，可看到幾條平行的彩色譜線，然后慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，同時(shí)注意譜線的移動(dòng)情況，觀察偏向角的變化。順著偏向角減小的方向，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使偏向角繼續(xù)減小，直至看到譜線移至某一位置后將反向移動(dòng)。這說明偏向角存在一個(gè)最小值(逆轉(zhuǎn)點(diǎn))。譜線移動(dòng)方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)時(shí)的偏向角就是最小偏向角。

1 用望遠(yuǎn)鏡觀察譜線。在細(xì)心轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，使望遠(yuǎn)鏡一直跟蹤譜線，并注意觀察某一波長譜線的移動(dòng)情況(各波長譜線的逆轉(zhuǎn)點(diǎn)不同)。在該譜線逆轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí)，擰緊游標(biāo)盤制動(dòng)螺絲?27，調(diào)節(jié)游標(biāo)盤微調(diào)螺絲?26，準(zhǔn)確找到最小偏向角的位置。

2 測(cè)量最小偏向角位置。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支架?15?，使譜線位于分劃板的中央，旋緊望遠(yuǎn)鏡支架制動(dòng)螺絲?21，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲?18，使望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的分劃板十字刻度線的中央豎線對(duì)準(zhǔn)該譜線中央，從游標(biāo)?1?和游標(biāo)?2?讀出該譜線折射光線的角度? ?和? 。

3 測(cè)定入射光方向。移去三棱鏡，松開望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺絲?21?，移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支架?15?，將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管，微調(diào)望遠(yuǎn)鏡，將狹縫像準(zhǔn)確地位于分劃板的中央豎直刻度線上，從兩游標(biāo)分別讀出入射光線的角度 ??和 ?。

4 按 計(jì)算最小偏向角 (取絕對(duì)值)。

5 重復(fù)步驟?1~6，可分別測(cè)出汞燈光譜中各譜線的最小偏向角 。

6 按式(9)計(jì)算出三棱鏡對(duì)各波長譜線的折射率。計(jì)算折射率?n?的數(shù)據(jù)表格3。

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

表3 測(cè)量最小偏向角 ?

鈉光波長(Å)

次數(shù)

游標(biāo)1

游標(biāo)2

n

5893

1

2

3

【注意事項(xiàng)】

各條譜線不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)最小偏向位置，因此，當(dāng)測(cè)完一條譜線后，對(duì)另一條譜線進(jìn)行最小偏向角測(cè)量時(shí)，均應(yīng)再轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)，嚴(yán)格確定它的最小偏向角方位。

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

觀察光柵的衍射光譜，掌握用分光計(jì)和透射光柵測(cè)光波波長的方法。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

分光計(jì)，透射光柵，鈉光燈，白熾燈。

【實(shí)驗(yàn)原理】

光柵是一種非常好的分光元件，它可以把不同波長的光分開并形成明亮細(xì)窄的譜線。

光柵分透射光柵和反射光柵兩類，本實(shí)驗(yàn)采用透射光柵，它是在一塊透明的屏板上刻上大量相互平行等寬而又等間距刻痕的元件，刻痕處不透光，未刻處透光，于是在屏板上就形成了大量等寬而又等間距的狹縫。刻痕和狹縫的寬度之和稱為光柵常數(shù)，用d 表示。

由光柵衍射的理論可知，當(dāng)一束平行光垂直地投射到光柵平面上時(shí)，透過每一狹縫的光都會(huì)發(fā)生單縫衍射，同時(shí)透過所有狹縫的光又會(huì)彼此產(chǎn)生干涉，光柵衍射光譜的強(qiáng)度由單縫衍射和縫間干涉兩因素共同決定。用會(huì)聚透鏡可將光柵的衍射光譜會(huì)聚于透鏡的焦平面上。凡衍射角滿足以下條件

k = 0， ±1， ±2， … (10)

的衍射光在該衍射角方向上將會(huì)得到加強(qiáng)而產(chǎn)生明條紋，其它方向的光將全部或部分抵消。式(10)稱為光柵方程。式中d為光柵的光柵常數(shù)，θ為衍射角，λ為光波波長。當(dāng)k=0時(shí)，θ= 0得到零級(jí)明紋。當(dāng)k = ±1， ±2 …時(shí)，將得到對(duì)稱分立在零級(jí)條紋兩側(cè)的一級(jí)，二級(jí) … 明紋。

實(shí)驗(yàn)中若測(cè)出第k級(jí)明紋的衍射角θ，光柵常數(shù)d已知，就可用光柵方程計(jì)算出待測(cè)光波波長λ。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】

1.分光計(jì)的調(diào)整

分光計(jì)的調(diào)整方法見實(shí)驗(yàn)1。

2.用光柵衍射測(cè)光的波長

(1)要利用光柵方程(10)測(cè)光波波長，就必須調(diào)節(jié)光柵平面使其與平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。先用鈉光燈照亮平行光管的狹縫，使望遠(yuǎn)鏡目鏡中的分劃板上的中心垂線對(duì)準(zhǔn)狹縫的像，然后固定望遠(yuǎn)鏡。將裝有光柵的光柵支架置于載物臺(tái)上，使其一端對(duì)準(zhǔn)調(diào)平螺絲a ，一端置于另兩個(gè)調(diào)平螺絲b、c的中點(diǎn)，如圖12所示，旋轉(zhuǎn)游標(biāo)盤并調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲b或c ，當(dāng)從光柵平面反射回來的"十"字像與分劃板上方的十字線重合時(shí)，如圖13所示，固定游標(biāo)盤。

圖12 光柵支架的位置 圖13 分劃板

(2)調(diào)節(jié)光柵刻痕與轉(zhuǎn)軸平行。用鈉光燈照亮狹縫，松開望遠(yuǎn)鏡緊固螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡可觀察到0級(jí)光譜兩側(cè)的±1、±2 級(jí)衍射光譜，調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲a (不得動(dòng)b、c)使兩側(cè)的光譜線的中點(diǎn)與分劃板中央十字線的中心重合，即使兩側(cè)的光譜線等高。重復(fù)(1)、(2)的調(diào)節(jié)，直到兩個(gè)條件均滿足為止。

(3)測(cè)鈉黃光的波長

① 轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，找到零級(jí)像并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對(duì)徑方向上的兩個(gè)角度θ0和θ0/，并記入表4 中。

② 右轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到一級(jí)像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對(duì)徑方向上的兩個(gè)角度θ右和θ右/，并記入表4中。

③ 左轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到另一側(cè)的一級(jí)像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對(duì)徑方向上的兩個(gè)角度θ左和θ左/，并記入表4中。

3.觀察光柵的衍射光譜。

將光源換成復(fù)合光光源(白熾燈)通過望遠(yuǎn)鏡觀察光柵的衍射光譜。

【注意事項(xiàng)】

1.分光計(jì)的調(diào)節(jié)十分費(fèi)時(shí)，調(diào)節(jié)好后，實(shí)驗(yàn)時(shí)不要隨意變動(dòng)，以免重新調(diào)節(jié)而影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

2.實(shí)驗(yàn)用的光柵是由明膠制成的復(fù)制光柵，衍射光柵玻璃片上的明膠部位，不得用手觸摸或紙擦，以免損壞其表面刻痕。

3.轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡前，要松開固定它的螺絲;轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，手應(yīng)持著其支架轉(zhuǎn)動(dòng)，不能用手持著望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

表4 一級(jí)譜線的衍射角

零級(jí)像位置

左傳一級(jí)像

位置

偏轉(zhuǎn)角

右轉(zhuǎn)一級(jí)像

位置

偏轉(zhuǎn)角

偏轉(zhuǎn)角平均值

光柵常數(shù)

鈉光的波長λ0 = 589·3 nm

根據(jù)式(10) K=1， λ= d sin 1=

相對(duì)誤差

【注意事項(xiàng)】

分光計(jì)應(yīng)按操作規(guī)程正確使用,嚴(yán)禁用手觸摸光柵面。

不要用眼睛直接觀察點(diǎn)燃的汞燈,以免紫外線灼傷眼睛。