1、分光計的調節(jié)與應用-光柵衍射法測光波波長Measurement of light wavelength using spectrometer衍射光柵是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散的光學元件，實驗中所用透射光柵是用金剛 石刻刀在平面玻璃上刻許多平行線制成的，被刻劃的線是光柵中不透光的間隙，一般每毫米 約250-600條線。【實驗目的】分光計的調整與使用、衍射光柵測定光譜波長【實驗原理】透射光柵光路圖如圖1所示，當光垂直入射， = 0,有：ds岫=瓜 k入射光圖1光柵衍射圖2光柵衍射光譜示意圖2左61+ P 2右1右各光譜的衍射角【儀器介紹】分光計的結構示意圖I6789101112圖4 JJY型分

2、光計的結構示意圖1-平行光管狹縫鎖緊螺釘；2-平行光管狹縫裝置；3-平行光管狹縫調節(jié)螺釘；4-平行光管傾 斜度調節(jié)螺釘；5-平行光管水平方向調節(jié)螺釘；6-平行光管，7-載物臺鎖緊螺釘；8-載物臺；9- 載物臺調平螺釘；10-望遠鏡；11-望遠鏡目鏡鎖緊螺釘；12-望遠鏡目鏡調焦螺旋；13-小電珠； 14-望遠鏡傾斜度調節(jié)螺釘；15-望遠鏡水平方向調節(jié)螺釘（背面）；16-游標盤；17-轉座水平方向 微調螺釘（背面）；18-游標；19-刻度盤；20-底座；21-轉座與刻度盤鎖定螺釘；22-轉座；23-望遠 鏡止動螺釘（背面）；24-游標盤微動螺釘；25-游標盤止動螺釘圖5分光計的讀數(shù)盤刻度盤為3

3、34030稍多一點，游標盤上的第17格恰好與刻度盤上的刻度對齊，因此讀 數(shù)為 334。30 +17 =334。47?！緦嶒瀮热荨看终{分光計（1）調平望遠鏡和平行光管，三垂直一一望遠鏡軸線、載物平臺、平行光管軸線分別垂直 于中心轉軸。（2）調焦目鏡，通過目鏡能清晰地看到分劃板上鉛直清晰的叉絲刻線和十字光標，粗調平 行光管物鏡，調出清晰豎直的狹縫像。（3）載物臺放上平面反射鏡（放法如圖6所示），觀察綠十字像（注意觀察狹縫像“尾巴”）， 并調節(jié)物鏡使之清晰豎直。細調分光計（1）各半調節(jié)法，調節(jié)a1（a2）和螺釘14,使綠十字像調到oo線上，載物盤轉過1800調節(jié)使綠十字像到oo線上；重復上述過程。圖

4、6平面鏡放法（2）轉動平面鏡900，調節(jié)a3使綠十字像到oo線上（3）平行光管細調，調節(jié)狹縫像清晰、鉛直，寬度為1mm 左右。光柵的調節(jié):與平面鏡放法一樣，調節(jié)光柵平面與入射光 垂直。4測量汞光譜線第一級（k=1）的衍射角:將望遠鏡分別位置1 和位置2,使分劃板上的叉絲豎線對準該譜線，讀出左、右游 標讀數(shù)，記入下表，然后根據(jù)公式（2）計算它們的衍射角。然后可根據(jù)公式（1）計算各條光譜線的*測，并與公認值（P27表0-6）比較，求出 ，光柵常數(shù)d=- mm。600位置12譜線黃2黃1綠藍紫紫紫藍紫綠黃1黃29左9右中*公認（nm）579.07576.96546.07435.84404.66【注意

5、事項】汞燈為冷光源，關燈后要冷卻方可再次點亮；另外，汞燈紫外線很強，不可直視。禁止用手觸摸光柵表面。測量時，刻度盤的零刻線經(jīng)過游標零刻線，需加上360再計算。二、儀器結構與調節(jié)方法分光計1臺，玻璃三棱鏡1塊，高壓汞燈1臺，水平儀1只，平行平板玻璃或平面鏡1 塊。（一）分光計介紹分光計結構分光計常用來產(chǎn)生光譜，測量譜線波長，也可用來測量光學元件和機械零件的角度。其 外形結構如圖17-1所示，它由平行光管、望遠鏡、載物平臺、讀數(shù)圓盤和三角底座等五 大部分組成。圖17 1分光計外形圖望遠鏡目鏡 10.讀數(shù)圓盤的固定螺絲望遠鏡筒11.讀數(shù)圓盤和望遠鏡的連動桿載物臺 12.讀數(shù)圓盤和望遠鏡的微動螺絲（在

6、背后）叉絲（在望遠鏡筒內）13.狹縫寬度調節(jié)螺絲調節(jié)望遠鏡傾斜角的螺絲14.平行光管固定望遠鏡傾斜角的螺絲15.調節(jié)平行光管傾斜角的螺絲調節(jié)平臺傾斜度的螺絲16.固定平行光管傾斜角的螺絲讀數(shù)圓盤17.平行光管的調焦旋鈕望遠鏡的固定螺絲（在背后）（1）平行光管.平行光管是產(chǎn)生平行光的裝置，其結構見圖17 2，它由物鏡L（固定在管的一端）和狹 縫S組成，狹縫寬度可以根據(jù)需要調節(jié)。狹縫相對于L的位置可由套筒移動來調節(jié)再由螺絲 固定。當狹縫位置調至L的焦面上時，在某光源的照射下，狹縫諸點如A,B,等發(fā)出的光 經(jīng)物鏡折射后均為方向不同的平行光束，如用已經(jīng)自準直調焦無窮遠的望遠鏡對準平行光管 觀察，這些不

7、同方向的平行光束被望遠鏡接收后分別會聚成相應像點，觀察者看到的便是由這些像點組成的狹縫的像，甚至狹縫兩邊刀口的形狀都清晰可辨。這時說明平行光管發(fā)出的目鏡和物鏡。望遠鏡是一種助視儀器，可將遠處物體對人眼中心的張角即視角放大 很多，從而使人眼能看清遠處物體的細節(jié)。望遠鏡的機械部件分為外管、中管和內管，彼此可以相互移動，也可用螺絲固定。望遠 鏡的光學部件由兩塊焦距不同的會聚透鏡（為消除像差可用透鏡組）組成，見圖17 3,其中 焦距較大的一個作為物鏡固定在外管端口；焦距較小的一個作為目鏡固定在內管端口，令物鏡和目鏡組成共軸系統(tǒng)，并使物鏡的第二焦點與目鏡的第一焦點靠近。圖17 3望遠鏡結構示意圖 分劃板

8、。用于測量的望遠鏡內都裝有一塊分劃板被固定在中管，它是用透明材料制 的薄板，板上的叉絲是用來做定標用的標準線，在分劃板的內側邊面緊貼一個帶45反射 面的小折光棱鏡，棱鏡與分劃板的粘貼部分涂成黑色，僅留有一個綠色的小十字線孔。在中 管側面的圓孔里，放一個小燈泡，燈光通過小棱鏡從45反射面照到分劃板上，貼面的涂 黑部分形成陰影，透光部分便形成一個在分劃板上的綠色的十字線物。（3）載物平臺.載物平臺系用來放置三棱鏡或光柵等被測元件的平臺，它可固定在中心桿上繞通過平臺 中心的鉛直軸即儀器主軸轉動，也可沿桿上下升降，并固定在任意高度上，平臺下面有三個 螺絲，見圖17 1之7,用以改變平臺對鉛直軸的傾斜度

9、。（4）讀數(shù)圓盤.讀數(shù)圓盤分內盤和外盤，兩盤均刻有角度標尺，標尺一圈360,共分720格，每格0。 5,載物平臺可與內盤固定而一起繞主軸轉動，也可與內盤脫離；望遠鏡可與外盤固定而 一起繞主軸轉動，也可分離單獨轉動。它們到底處于何種狀態(tài)，將由圖17-1中的9,10,11 三個螺絲控制。望遠鏡和載物平臺的相對方位或轉動的角度可由讀數(shù)圓盤上讀取。為提高精 度，在內盤的對稱位置上裝有兩個角游標，相距180。游標尺上分的30格，與主尺上29 格的弧長相等，因此刻度最小讀數(shù)為1。裝兩個游標的目的是為了消除讀數(shù)圓盤刻度中心 與儀器主軸之間的偏心差，記錄內、外盤的角位移時，應從兩個游標尺上分別讀取兩個角度，

10、再取其平均值。分光計的調節(jié)（1）望遠鏡的成像.用望遠鏡觀察遠處物體時，物體各點發(fā)出的光通過物鏡成縮小實像在焦點外側附近，并 調至恰好落在目鏡焦點內側附近，其經(jīng)目鏡的放大虛像調至明視距離（約25cm）便被觀察清 楚。由于視角已被放大，可以分辨像的細節(jié)。如果想對像定標，則事先調節(jié)內管，使分劃板恰好位于目鏡焦點內側附近，并被觀察清 楚，那么叉絲的像和物體的像均成在明視面上，這可用視差法來檢驗，即左右移動眼睛時， 兩像沒有相對移動可證明它們共面。（2）自準直法調焦至無窮遠（簡稱調焦）.因為在觀察光譜時，平行光管發(fā)出的是平行光，調節(jié)平行光時，需移動狹縫相對于物鏡 的距離，何時是平行光的判斷標準正是用已調

11、焦至無窮遠的望遠鏡來看清發(fā)出平行光的狹 縫。一般均用自準直法來調焦至無窮遠。自準直法的原理是鏡筒內設一發(fā)光物，它發(fā)出的光從物鏡折射至鏡外，倘若有一平面鏡 恰與光軸垂直，則將這束光反射回到物鏡又折射入望遠鏡筒內成像。只有物發(fā)出的是平行光 時，平面鏡反射回來的才是平行光，也才能成與物等大小并處于對稱位置的像。因此，我們 接通中管側面圓孔里小燈泡的電源，使綠色十字線物發(fā)光，調節(jié)中管（調焦）使分劃板恰落在 物鏡的焦面上，則十字線物發(fā)出平行光，它遇到平面鏡反射回鏡筒內，成的十字線像便會呈 現(xiàn)在十字線物的對稱位置上。如圖17-4所示，十字線物在豎直叉絲上偏下，十字線像在 豎直叉絲上偏上。這時望遠鏡便處于看

12、清了物從“無窮遠”外發(fā)出平行光成清晰像的狀態(tài)， 也就是已調焦至無窮遠。本實驗采用放在載物平臺上的帶平面底座的平面鏡做自準直調焦的 反射平面鏡。自準直調焦技術性很強，主要困難在于不停地調節(jié)中管的同時，還要調節(jié)平臺 的三個螺絲，改變反射鏡的傾斜度，使其被調節(jié)至與望遠鏡光軸垂直，否則它會將從望遠鏡 筒射出來的平行光反射到筒外，這時，無論怎樣調節(jié)中管在望遠鏡內也找不到十字像。圖17-4自準調焦的像為給初學者減小困難，實驗室備有一片粗質平面鏡，可將其貼在望遠鏡外端口，調節(jié)中 管（調焦）一般均能在視野里出現(xiàn)十字線像。因為端口和反射面均不是嚴格的光學表面，所以 像的位置很可能與物不對稱，但能看清楚“無窮遠”

13、處物的像，這已為自準直調焦帶來了方 便。自準直法調焦具體過程分為兩步： 置平面鏡于載物臺之前，先用肉眼觀察，調節(jié)各可調部分處于適中狀態(tài)，比如望遠 鏡處于可上下傾斜的中間狀態(tài)，調載物臺上的三個螺絲大致等高，保持平臺基本水平，如果 想確定平臺水平也可采用水平儀調節(jié)。用水平儀調節(jié)三點面時，如圖17-5置法可快速完 成，先置水平儀于A狀態(tài)，調節(jié)b，c兩點等高，然后置水平儀于B狀態(tài)，只調節(jié)a 一點， 便可使a與b，c等高。置平面鏡于載物平臺中部，并與任意兩個調節(jié)螺絲連線平行。旋轉平臺使其反射面 與望遠鏡筒大致垂直，用肉眼沿望遠鏡外邊緣向反射面望去，微旋平臺和望遠鏡傾斜度直至 在反射面上看到亮的光斑，以后

14、再通過望遠鏡去觀察，調節(jié)中管，并仍需極小心的微旋上述 部件便可找到十字線反射像，見到像之后，再繼續(xù)調節(jié)直至它成在物的對稱位置，自準直調 焦便告成功。調望遠鏡光軸與載物平臺轉軸（儀器主軸）垂直。為了測三棱鏡頂角或觀察光譜，均要求望遠鏡光軸與儀器主軸垂直，并且要求棱鏡的兩 個光學面與儀器主軸平行。在將三棱鏡替換下平面鏡時，為后面調節(jié)方便應將三個頂點與載 物臺的三個調節(jié)螺絲對應。望遠鏡雖已用平面鏡自準調焦，也只能較容易地調節(jié)與三棱鏡一 個光學側面垂直，而若旋轉望遠鏡至另一光學側面觀察時卻未必能找到反射像，這說明望遠 鏡光軸與棱鏡另一光學側面并不垂直。為此，必須用調節(jié)第一個光學面的同樣方法再來調節(jié) 第

15、二個光學面。但是，不難想象，在調第二個面時，各部件的移動和狀態(tài)的改變必然又破壞 了望遠鏡與第一個面的垂直狀態(tài)。往往是找到一個面的十字線反射像，又丟了另一個面的十 字線反射像。所以應該在調另一反射面之前，將已找到的十字線反射像調至視野中心而不要 一次到位，在調節(jié)另一反射面時，不時地轉回來觀察像的位置，監(jiān)視像不要在視野內消失， 一旦兩個像均已出現(xiàn)，在對各像細調到位時，可先調至一半位置留一半做調節(jié)余地，然后再 分別逐步逼近，直至兩個面均調至反射像到位。這種逐步逼近的方法在其他調節(jié)中也常使用， 稱半調法。若反復調節(jié)、觀察，至兩個面的反射像均與物對稱，則說明望遠鏡與載物平臺轉 軸已經(jīng)垂直，且棱鏡的兩透光面也與儀器主軸平行。最困難的調節(jié)已告完成。（二）汞燈汞燈發(fā)射的光譜是一些分離的譜線，由