大物实验报告-分光计的调整及光栅常数的测量

南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验

实验名称：分光计的调节与使用

学院：机电工程学院

班级：车辆工程151班

学生姓名：吴倩萍

学生学号：5902415034

实验地点：基础实验大楼B311

实验时间：第九周星期三下午3：45开始

一、实验目的：

1.了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法

2.测定两窄缝间的间距

二、实验仪器：

分光计、钠灯、双面反射镜

三、实验原理：

1.分光计的调节原理

2.利用光干涉原理

分光计结构示意图

分光计主要由三部分：望远镜，平行光管和主体（底座、度盘和载物台）组成，每部分都有特定的调节螺丝。附件有小灯泡，小灯泡的低压电源以及看刻度盘的放大镜。

自准望远镜

四、实验内容和步骤：

【调节步骤】

1.目测粗调：

根据眼睛的粗略估计，调节望远镜和平行光管上的高低倾斜调节螺丝使载物台大致呈水平状态。

2.用自准法调节望远镜：

(1)点亮照明小灯，调节目镜与分划板的距离，看清分划板上的“准线”和带有绿色的小十字窗口（目镜对风滑板调焦）。(2)将准直镜放在载物台上（如下图），使准直镜的两反射面与望

远镜大致垂直。轻缓转动载物台，从侧面观察，判断从准直镜正、反两面反射的亮十字光线能否进入望远镜。

(3)从望远镜的目镜中观察到亮的十字架象，前后移动目镜对望

远镜调焦，使亮十字像成清晰像。再准线与目镜间距离，使目镜中既能看清准线，又能看清十字像。注意准线与亮十字像之间有无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。

此时分划板平面，目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远镜已经聚焦无穷远，能接受平行光。

3.调整望远镜光轴与风光中心垂直

准直镜仍然竖直放臵于载物台上，转动载物台，使望远镜分别对准准直镜的反射镜。利用自准法可以分物台平面，使望远镜先对准准直镜的一个表面，若从望远镜中看到准线与十字反射像不重合，它们的交点在高低方位相差一段距离δ，此时调节望远镜倾斜度，使差距缩小一半；再调节载物台螺丝，消除另一半距离使准线与十字反射像重合。然后将载物台旋转180度，使望远镜对着双面镜的另一面，采用同样方法调节，如此重复调整数次，直至转动载物台时，从双面镜前后两表面反射回来的像都能与准线重合为止。常称这种方法为逐次逼近各半调整法。如下图，图（a)、(b)、(c)分别是望远镜在调整过程中看到的3种特殊情况，调整时可以主要调节不垂直中心轴的部件，采用渐近法各半调节，很快能调至图（b）所示状态。

4.调节平行光管

(1)目测粗调至平行光管光轴与望远镜光轴大致一致

(2)打开狭缝，从望远镜中观察，同时调节平行光管狭缝与透镜间距离，直到看见清晰的狭缝为止，然后调节缝宽，使望远镜视场中缝宽为1mm 。

(3)调节平行光管的倾斜度。

5.消除视差

五、数据记录与处理：（nm 1.546=绿λ）

由dsin θ=k λ及λ绿=546.1nm

可得：d =kλ

sinθ=2×546.1

sin 41°2.5′=1683.8178nm

六、思考题：

1.分光计由哪几部分组成？

答：三角底座、望远镜、平行光管、载物平台和读数盘。

2.分光计调整的要求是什么？

答：使平行光管发出平行光，望远镜聚焦无穷远（使叉丝平面落在物镜和目镜的焦平面上），同时使平行光管和望远镜的光轴与转轴垂直。

七、附上原始数据：

实验七 用分光计测光栅常数和光波的波长

实验七用分光计测光栅常数和光波的波长 【实验目的】 1. 熟悉分光计的操作 2. 用已知波长光光栅常数 3. 用测出的光栅常数测某一谱线的波长 【实验仪器】 分光计及附件一套，汞灯关源；光栅一片 【实验原理】 本实验是利用全息光栅进行测量，光源采用GD20低压汞灯，它点燃之后能发生较强的特性光谱线，在可见区辐射的光谱波长分别为5790A0，5770 A0，5461 A0，4358 A0，4047 A0。 根据夫琅和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为：dsinθ=Kλ(K=0, ±1, ±2,±3,······) d-----光栅常数θ-----衍射角λ-------单色光波长 由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角θ是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，通过分光计观察时如（图8-3）所示。

这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790 A0）对准该谱线的某级亮纹(例如K=±1）时，求出其平均的衍射角θ〈y，代入公式就可求光栅常数d，然后可与标准比较。本实验采用d=1/1000厘米的光栅。相反，若将所求得的光栅常数d，并对绿光进行观察，求出某级亮纹（如K=±1）的平均衍射角θ〈y，代入公式，又可求出λg 。同理，可以同级亮纹或不同亮纹的其他谱线进行观察和计算。 【实验步骤】 （实验之前请先看实验七附录） １、先进行目镜和望远镜的调焦； ２、调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴； ３、平行光管的调焦； ４、调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴； ５、将平行光管狭缝调成垂直；（1-5安装时已基本调好） ６、调节光栅平面，使光栅与转轴平行，且光栅平面垂直于平行光管。 调节方法：先开汞灯光源，把平行光管的狭缝照亮，把望远镜叉丝对准狭缝象，固定望远镜的锁紧螺钉。关掉汞灯光源，开亮望远镜的照明光源，再把光栅放置在载物平台上，并使之固定（夹紧）其位置以三只调平螺钉为准如（图8-4）所示。 尽可能做到光栅平面垂直平分B、C，然后转动读数圆盘，若已锁紧，须放松螺钉（20）再调节B、C下面的螺钉，直到望远镜中从光栅平面反射回来的亮十字象和叉丝重合，既可固定圆盘，锁紧螺钉（20） ７、调节光栅，使其刻痕与转轴平行。光栅平面虽然平行转轴，但刻痕不一定平行转轴，调节方法是点亮汞灯，让望远镜对各条谱线进行初步观察，同时调节A下面 的螺钉（B、C不能动）使叉丝垂直与谱线平行。调好之后，关掉汞灯，回头检查 步骤（6）是否有变动，这样反复多次调节，直至（6、7）两个要求同时满足为止。８、测光栅常数d：先对准中央亮纹，在刻度盘上读出二个数字θ左和θ右取其平均值，作为该位置的相对角度θ〈0。然后分别对K＝±1时黄光谱线进行观察，（λy＝5790

分光计实验报告

实验十二 分光计的调节及三棱镜顶角的测定 实验目的：1．深入了解分光计的构造和设计原理，学会调整分光计的正确方法； 2．掌握测定棱镜顶角的方法； 实验仪器：分光计 分光计调整用双平面镜 三棱镜 实验原理： 将分光计的载物台和望远镜筒调节水平，再将三棱镜放到载物台上，如图：调节望远镜筒使之主轴分别与AC 、AB 设此时游标盘的读数分别为()21,?? ，()','21??则其顶角()2211''2 1 180180?????-+-- =-= A 实验过程（内容、步骤、原始数据等）： ⒈调节分光计： ①旋转目镜一直到能够清楚地看到分划板刻度线。 ②将双面镜放到载物台上，如图： 转动载物台，一直到能够在望远镜中看到绿“十”字像。如果绿“十”字像模糊。可拉动目镜筒，使之清晰； ③调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，绿“十”字像与分划板上十字线重合，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。 （调节方法：对半调节） 此时证明望远镜筒和载物台均已水平。 2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。 ①将双面镜拿下来，再将棱镜放到载物台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线所 成三边互相垂直。 ②转动载物台，在望远镜中观察从棱镜侧面AC 和AB 返回的十字象，只调

节载物台下正对棱镜侧面的那个螺钉，使绿“十”字像都落在上十子线处。此时说明望远镜已与AC 面或AB 面垂直。 ③测量顶角A ：转动游标盘，使棱镜AC 面和望远镜垂直，记下游标１的读数1?和游标２的读数2?。再转动游标盘，使AB 面和望远镜垂直，记下游标１的读数'1?和游标２的读数'2?。同一游标两次读数之差11'??-或22'??-，即是载物台转过的角度?，而?是Ａ角的补角。 ()2211''2 1 180180?????-+-- =-= A 重复测量5两次，记下数据。 数据处理（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）： 测量结果：1.代真值：=A 2.算术平均值的标准偏差：()() =-?=∑12 n n A A σ 3.相对误差：E ＝ 4.结果表示A= ± E ＝ （具体公式参见 课本22页）

用分光计测光栅常数和光波的波长

衍射光栅是一种高分辨率的光学色散元件，它广泛应用于光谱分析．随着现代技术的发展，它在计量、无线电、天文、光通信、光信息处理等许多领域中都有重要的应用． 【实验目的】 1．观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点． 2．测定光栅常数和汞黄光的波长． 3．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作用，并加深对光的波动性的认识． 【实验仪器与用具】 分光计1台，光栅1个，低压汞灯1个． 【实验原理】 普通平面光栅是在一块玻璃片上用刻线机刻画出一组很密的等距的平行线构成的．光波射向光栅，刻痕部分不透光，只能从刻痕间的透明狭缝过．因此，可以把光栅看成一系列密集、均匀而又平行排列的狭缝． 图15—1光栅衍射图 光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，而衍射光通过透镜后便互相干涉．因此，本实验光栅的衍射条纹应看做是衍射与干涉的总效果．

下面我们来分析平行光垂直射到光栅上的情况(图15－1)．设光波波长为λ，狭缝和刻痕的宽度分别为a和b，则通过各狭缝以角度φ衍射的光，经透镜会聚后如果是互相加强，在其焦平面上就得到明亮的干涉条纹．根据光的干涉条件，光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹．由图15－1可知，衍射光的光程差为(a+b)sinφ，于是，形成亮条纹的条件为： (a+b)sinφ= Kλ，K = 0，±1，±2，… 或d sinφ＝Kλ．（15－1） 式中，d＝a+b称为光栅常数，λ为入射光波波长，K为明条纹(光谱线)级数，φ是K级明条纹衍射角． K＝0的亮条纹叫中央条纹或零级条纹，K＝±1为左右对称分布的一级条纹，K ＝±2为左右对称的二级条纹，以此类推． 光栅狭缝与刻痕宽度之和a+b称为光栅常数．若在光栅片上每厘米宽刻有n条刻痕，则光栅常数d＝(a+b)= cm．当a+b已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15－1)即可算出光波波长λ．当λ已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15—1)可计算出光栅常数． 图15－2 光栅的放置 在λ和a+b一定时，不同级次的条纹其衍射角不同．如a+b很小，则光栅衍射的各级亮条纹分得很开，有利于精密测量．另外，如果K和a+b一定时，则不

分光计实验报告()

分光计实验报告 【实验目的】 1、了解分光计的结构和工作原理 2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。 3、学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率 【实验仪器】 分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。 【实验原理】 1、调整分光计： (1)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、三棱镜最小偏向角原理 介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上 用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的 精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如 果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中 间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进 行测量。 当平行的单色光，入射到三棱镜的AB面，经折射 后由另一面AC射出，如图7.1.2-8所示。入射光线LD 和AB面法线的夹角i称为入射角，出射光ER和AC 面法线的夹角i’称为出射角，入射光和出射光的夹角 δ称为偏向角。 可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δmin。由图7.1.2-8可知： δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2） A=r+r’（6-3） 可得：δ=（i+i’）-A （6-4）

三棱镜顶角A 是固定的，δ随i 和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i 而变化，所以偏向角δ仅是i 的函数．在实验中可观察到，当i 变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角． 令 0=di d δ ，由式(6-4)得 1' -=di di （6-5） 再利用式（6-3）和折射定律 ,sin sin r n i = 's i n 's i n r n i = （6-6） 得到 r n i i r n di dr dr dr dr di di di cos cos )1('cos 'cos ''''? -?=??= ' 'csc csc 'sin 1cos sin 1'cos 2 2 2 2222 2 22r tg n r r tg n r r n r r n r --= --- = ' )1(1)1(12 2 22r tg n r tg n -+-+- = (6-7) 由式（6-5）可得：')1(1)1(12 22 2 r tg n r tg n -+=-+ 'tgr tgr = 因为r 和r’都小于90°，所以有r =r ’ 代入式（5）可得i =i'。 因此，偏向角δ取极小值极值的条件为： r =r ’ 或 i =i' （6-8） 显然，这时单色光线对称通过三棱镜，最小偏向角为δ min ，这时由式（6-4）可得： δ min =2i –A )(21 min A i += δ 由式（6-3）可得： A =2r 2 A r = 由折射定律式（6-6），可得三棱镜对该单色光的折射率n 为 2 sin )(21 sin sin sin min A A r i n += =δ （6-9） 由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角A 和对该波长的入射光的最小偏向角δmin ，就可以计 算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。顶角A 和对该波长的最小偏向角δ min 用分光计测定。 折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率n 则减少，如果是复色光入射，由于三棱镜的作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，这就是棱镜的色散现象。 【实验内容】

物理实验报告记录《用分光计和透射光栅测光波波长》

物理实验报告记录《用分光计和透射光栅测光波波长》

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3 精选范文:物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》(共2篇)【实验目的】 观察光栅的衍射光谱，掌握用分光计和透射光栅测光波波长的方法。 【实验仪器】 分光计，透射光栅，钠光灯，白炽灯。 【实验原理】 光栅是一种非常好的分光元件，它可以把不同波长的光分开并形成明亮细窄的谱线。 光栅分透射光栅和反射光栅两类，本实验采用透射光栅，它是在一块透明的屏板上刻上大量相互平行等宽而又等间距刻痕的元件，刻痕处不透光，未刻处透光，于是在屏板上就形成了大量等宽而又等间距的狭缝。刻痕和狭缝的宽度之和称为光栅常数，用d 表示。 由光栅衍射的理论可知，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，透过每一狭缝的光都会发生单缝衍射，同时透过所有狭缝的光又会彼此产生干涉，光栅衍射光谱的强度由单缝衍射和缝间干涉两因素共同决定。用会聚透镜可将光栅的衍射光谱会聚于透镜的焦平面上。凡衍射角满足以下条件 k = 0， ±1， ±2， … (10) 的衍射光在该衍射角方向上将会得到加强而产生明条纹，其它方向的光将全部或部分抵消。式（10）称为光栅方程。式中d 为光栅的光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长。当k=0时，θ= 0得到零级明纹。当k = ±1， ±2 …时，将得到对称分立在零级条纹两侧的一级，二级 … 明纹。 实验中若测出第k 级明纹的衍射角θ，光栅常数d 已知，就可用光栅方程计算出待测光波波长λ。 【实验内容与步骤】 1．分光计的调整 分光计的调整方法见实验1。 2．用光栅衍射测光的波长 （1）要利用光栅方程(10)测光波波长，就必须调节光栅平面使其与平行光管和望远镜的光轴垂直。先用钠光灯照亮平行光管的狭缝，使望远镜目镜中的分划板上的中心垂线对准狭缝的像，然后固定望远镜。将装有光栅的光栅支架置于载物台上，使其一端对准调平螺丝a ，一端置于另两个调平螺丝b 、c 的中点，如图12所示，旋转游标盘并调节调平螺丝b 或c ，当从光栅平面反射回来的“十”字像与分划板上方的十字线重合时，如图13所示，固定游标盘。 物理实验报告 ·化学实验报告 ·生物实验报告 ·实验报告格式 ·实验报告模板图12 光栅支架的位置 图13 分划板 （2）调节光栅刻痕与转轴平行。用钠光灯照亮狭缝，松开望远镜紧固螺丝，转动望远镜可观察到0级光谱两侧的±1、±2 级衍射光谱，调节调平螺丝a （不得动b 、c ）使两侧的光谱线的中点与分划板中央十字线的中心重合，即使两侧的光谱线等高。重复（1）、（2）的调节，直到两个条件均满足为止。 （3）测钠黄光的波长 ① 转动望远镜，找到零级像并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ0和θ0/，并记入表 4 中。 ② 右转望远镜，找到一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ右和θ右/，并记入表4中。 ③ 左转望远镜，找到另一侧的一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ左和θ左/，并记入表4中。 3．观察光栅的衍射光谱。 将光源换成复合光光源（白炽灯）通过望远镜观察光栅的衍射光谱。 【注意事项】 1．分光计的调节十分费时，调节好后，实验时不要随意变动，以免重新调节而影响实验的进行。 2．实验用的光栅是由明胶制成的复制光栅，衍射光栅玻璃片上的明胶部位，不得用手触摸或纸擦，以免损坏其表面刻痕。 3．转动望远镜前，要松开固定它的螺丝；转动望远镜时，手应持着其支架转动，不能用手持着望远镜转动。 【数据记录及处理】 表4 一级谱线的衍射角 零级像位置 左传一级像 位置 偏转角 右转一级像 位置 偏转角 偏转角平均值 光栅常数 钠光的波长λ0 = 589·3 nm 根据式（10） k=1， λ= d sin 1= 相对误差 【思考题】 1． 什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？ 2． 分光计的主要部件有哪四个？分别起什么作用？ 3． 调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴时很重要的一项工作是什么？如何才能确保在望远镜中能看到由双面反射镜反射回来的绿十字叉丝像？ 4． 为什么利用光栅测光波波长时要使平行光管和望远镜的光轴与光栅平面垂直？ 5． 用复合光源做实验时观察到了什么现象，怎样解释这个现象？ [物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》(共2篇)]篇一：物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》 物理实验报告《用分光计和透 射光栅测光波波长》 【实验 目的】

光栅常数测定实验数据处理及误差分析

光栅常数测定实验数据处理及误差分析 摘 要： 在光栅常数的测定实验中，很难保证平行光严格垂直人射光栅，这将形成误差，分光计的对称测盘法只能消除误差的一阶误差，仍存在二阶误差。.而当入射角较大时，二阶误差将不可忽略。 关键词： 误差，光栅常数，垂直入射，数据处理 Analysis and Improvements of the Method to Measure the Grating Constant xuyongbin (South-east University, Nanjing,,211189) Abstract: During the m easuring of grating constant determination,the light doesn’t diffract the grating and leads to error.Spectrometer rm,there is still the measured the symmetry disc method can only eliminate the first -order correction term,there is still the second-order correction error.When the incident angle of deviation is large,the error can not be ignored,an effective dada processing should be taken to eliminate the error . key words: Grating Constant ，Accidental error ,Improvements 在光栅常数测定的实验中，当平行光未能严格垂直入射光栅时，将产生误差，用对称测盘法只能消除一阶误差，仍存在二阶误差，我们根据推导，采取新的数据处理方式以消除二阶实验误差。 1.1 光栅常数测定实验误差分析 在光栅光谱和光栅常数测定实验中，我们需要调节光栅平面与分光计转抽平行，且垂直准直管，固定载物台，但事实上，我们很做到，因此导致了平行光不能严格垂直照射光栅平面，产生误差，虽然分光计的对称测盘可以消除一阶误差，但当入射角θ 较大时，二阶误差也会造成不可忽略的误差。 当平行光垂直入射时，光栅方程为： d k k /sin λφ= （1） 如上图，当平行光与光栅平面法线成θ角斜入射时的光栅方程为： d k k /sin )sin(λθθφ=+- （2）

分光计实验报告总结.doc

分光计实验报告 ()

分光计实验报告 【实验目的】 1、了解分光计的结构和工作原理 2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。 3、学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率 【实验仪器】 分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。 【实验原理】 1、调整分光计： (1)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、三棱镜最小偏向角原理

介质的折射率可以用很 多方法测定，在分光计上用 最小偏向角法测定玻璃的折 射率，可以达到较高的精度。 这种方法需要将待测材料磨 成一个三棱镜。如果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中间空的 三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进行测量。 当平行的单色光，入射到三棱镜的AB 面，经折射后由另一面AC 射出，如图7.1.2-8 所示。入射光线LD 和 AB 面法线的夹角 i 称为入射角，出射光 ER 和AC 面法线的夹角 i’称为出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。 可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角 i0等于出射角 i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δmin 。由图7.1.2-8可知： δ = （ i-r ） + （ i ’-r’）（6-2） A=r+r ’ （6-3）

光栅常数测定实验数据处理及误差分析(精)

2012大学生物理实验研究论文 光栅常数测定实验数据处理及误差分析 摘要：在光栅常数的测定实验中，很难保证平行光严格垂直人射光栅，这将形成误差，分光计的对称测盘法只能消除误差的一阶误差，仍存在二阶误差。.而当入射角较大时，二阶误差将不可忽略。 关键词：误差，光栅常数，垂直入射，数据处理 Analysis and Improvements of the Method to Measure the Grating Constant xuyongbin (South-east University, Nanjing,,211189) Abstract: During the measuring of grating constant determination,the light doesn’t diffract the grating and leads to error.Spectrometer rm,there is still the measured the symmetry disc method can only eliminate the first -order correction term,there is still the second-order correction error.When the incident angle of deviation is large,the error can not be ignored,an effective dada processing should be taken to eliminate the error . key words: Grating Constant，Accidental error ,Improvements 在光栅常数测定的实验中，当平行光未能严格垂 直入射光栅时，将产生误差，用对称测盘法只能消除 一阶误差，仍存在二阶误差，我们根据推导，采取新 的数据处理方式以消除二阶实验误差。 1.1 光栅常数测定实验误差分析 在光栅光谱和光栅常数测定实验中，我们需要调节 光栅平面与分光计转抽平行，且垂直准直管，固定 载物台，但事实上，我们很做到，因此导致了平行 光不能严格垂直照射光栅平面，产生误差，虽然分 光计的对称测盘可以消除一阶误差，但当入射角

分光计的调节与使用实验报告

分光计的调节与使用实验报告 姓名： 学号： 专业班级： 实验时间： 12周 星期四 上午10:00-12:00 一、试验目的 1、了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法； 2、测量三棱镜玻璃的折射率。 二、实验仪器 分光计，三棱镜，准直镜。 三、实验原理 1.测折射率原理： 当i 1＝i 2'时，δ为最小,此时 21 A i =' 22 11 1min A i i i -='-=δ )(21 min 1A i += δ 设棱镜材料折射率为n ，则

2sin sin sin 1 1A n i n i ='= 故 2 sin 2sin 2 sin sin min 1 A A A i n +== δ 由此可知，要求得棱镜材料折射率n ，必须测出其顶角Ａ和最小偏向角min δ。 四、实验步骤 1.调节分光计 1）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。 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）使载物台轴线垂直望远镜光轴。 a 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。 b 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。 注意）： 1、望远镜对平行光聚焦。

分光计的调整和光栅常数的测定

实验4-11 分光计的调整及光栅常数测定 分光计作为基本的光学仪器之一，它是精确测定光线偏转角的仪器，也称之为测角仪。光学中很多基本量（如反射角、折射角、衍射角等）都可以由它直接测量。因此，可以应用它测定物质的有关常数（如折射率、光栅常数、光波波长等），或研究物质的光学特性（如光谱分析）。应用分光计必须经过一系列仔细的调整，才能得到准确的结果。因此，在学习使用过程中，要做到严谨、细致，才能正确掌握。 【实验目的】 1． 了解分光计的基本构造，学会调整分光计。 2． 观察光栅衍射现象，学会用分光计测光栅常数。 【实验原理】 光栅是利用衍射原理使光发生色散的光学元件，其由大量等宽、等间距、相互平行的狭缝（或刻痕）组成。光栅分为透射式和反射式两类，并有平面、凹面之分。 根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色平行光垂直照射到光栅上时，经每一狭缝的光都要产生衍射，由于各缝发出的衍射光都是相干光，彼此要产生干涉，于是在透镜L 的焦平面上，就会形成一系列被相当宽的暗区隔开的又细又亮的明条纹，称为谱线（见图4-11-1）。各明条纹所对应的衍射角φ应满足下列条件 λφk b a =+sin )( ( ,2,1,0±±=k ) （4-11-1） 式中a 为狭缝宽度，b 为缝间距离，（b a +）称为光栅常数，k 为光谱线的级次。对 应于k =0的明条纹为中央明条纹，也称为零级谱线。若入射光为复色光，则各波长的零级谱线均在同一位置，其它级次的谱线位于零级谱线的两侧，且同级谱线按不同波长，从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱。由式（4-11-1）可以看出，如果已知入射光波长，只要测出其k 级谱线相应的衍射角φ就可以计算出光栅常数。 【实验仪器】 分光计、平面反射镜、光栅、汞灯 图4-11-1 光栅

2007-6-13分光计调节及光栅常数的测定

第3章 基础物理实验 3.7 分光计的调节及光栅常数的测定 分光计又称光学测角仪，是一种分光测角光学实验仪器。它常用来测量折射率、色散率、光波波长、光栅常数和观测光谱等。分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，学好分光计的调整和使用，可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础。 3.7.1 分光计的调节 【实验目的】 了解分光计的结构和基本原理，学习调整和使用方法。 【分光计的结构和原理】 分光计主要由五个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。不同型号分光计的光学原理基本相同。JJY 型分光计如图3-7-1所示。 图3-7-1 JJY 型分光计 1 2 3 5 7 6 4 8 9 16 10 12 18(back) 17 11 15 14 13 19 20 21 22 23

1．狭缝装置2．狭缝装置锁紧螺钉3．平行光管4．元件夹5．望远镜6．目镜锁紧螺钉7．阿贝式自准直目镜8．狭缝宽度调节旋钮9．平行光管光轴高低调节螺钉10．平行光管光轴水平调节螺钉11．游标盘止动螺钉12．游标盘微调螺钉13．载物台调平螺钉（3只）14．度盘15．游标盘16．度盘止动螺钉17．底座18．望远镜止动螺钉19．载物台止动螺钉20．望远镜微调螺钉21．望远镜光轴水平调节螺钉22．望远镜光轴高低调节螺钉23．目镜视度调节手轮 1．底座 分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。 2．平行光管 平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。 图3-7-2 平行光管 3．自准直望远镜 阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。它用来观察和确定光线行进方向。自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45o全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一个“十”形透光的窗口，当小电珠光从管侧经另一直角面入射到棱镜上，即照亮“十”字窗口。调节目镜，使目镜视场中出现清晰的“”形叉丝。在物镜前方放置一平面镜，然后调节物镜，使分划板位于物境焦平面上，那么从棱镜“十”字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向前方平面境，其反射光又经物镜成像于分划板上。这时，从目镜中可以看到清晰的“”形叉丝和绿色“十”字像。此时望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。如果平面境的法线与望远镜光轴方向一致，则绿色“十”字像位于分划板“”形叉丝的上横线上，如图3-7-3中的视场。

光栅光谱和光栅常数的测定===

光栅光谱和光栅常数的测定 实验十用透射光栅测定光波的波长及光栅的参数 光在传播过程中的反射、折射、衍射、散射等物理现象都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定．在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义．本实验利用分光计通过对不同色光衍射角的测定，来实现光栅常数、光栅角色散及光源波长等物理量的测量． ·实验目的 1．进一步练习掌握分光计的调节和使用； 2．观察光线通过光栅后的衍射现象； 3．学习应用衍射光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法． ·实验仪器 分光计、双面反射镜、平面透射光栅、汞灯． 分光计的结构及调节见实验三． 汞灯可分为高压汞灯和低压汞灯，为复色光源．实验室通常选用GP20Hg型低压汞灯作为光源，其光谱如表1所示．实验室通常选择强度比较大的蓝紫色、绿色、双黄线作为测量用．汞灯在使用前要预热5-10min，断电后需冷却5-10min，因此汞灯在使用过程中，不要随意开关． 表1 GP20Hg型低压汞灯可可见光区域谱线及相对强度颜色紫紫紫蓝紫蓝紫蓝紫蓝绿/λnm404.66 407.78 410.81 433.92 434.75 435.84 491.60 相对强度1800 150 40 250 400 4000 80 颜色绿黄绿黄黄橙红深红/λnm546.07 567.59 576.96 579.07 607.26 623.44 690.72 相对强度1100 160 240 280 20 30 250

衍射光栅是利用多缝衍射原理使入射光发生色散的光学元件，它由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成．在结构上有平面光栅和凹面光栅之分，同时光栅分为透射式和反射式两大类．本实验所用光栅是透射式光栅，其原理如图10-1所示． 图10-1 光栅结构示意图 ·实验原理 ?? 若以平行光垂直照射在光栅面上，则光束经光栅各缝衍射后将在透镜的焦平 面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹（称光谱线）．根据夫琅禾费衍射理论，可得光栅方程： （10-1） 式中d=a+b 称为光栅常数（a 为狭缝宽度，b 为刻痕宽度，如图10-1），k 为光谱线的级数，为k 级明条纹的衍射角，是入射光波长． 如果入射光为复色光，则由（10-1）式可以看出，光的波长不同，其衍射 角 也各不相同，于是复色光被分解，在中央k =0，=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，称为零级谱线．在零级谱线的两侧对称分布着级谱线，且同一级谱线按不同波长，依次从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱，如图10-2． ) 3,2,1,0(sin =±=k k d k λ?k ?λλk ?k ? 3,2,1=k

大物实验报告——分光计的调整与使用

分光计的调整与使用 【实验目的】 （1）了解分光计的结构以及双游标读数消除误差的原理。 （2）掌握分光计的调整要求、使用方法与技巧。 （3）学会测量三棱镜的顶角。 （4）推导分光束法，自准直法测量三棱镜顶角的公式。 【实验原理】 1.分光束法测三棱镜的顶角 如图 3.11.10 所示，此时光束同时照在棱镜的两个侧面上，分别测出光线左向反射线角位置 L 及右向反射线角位置R ，则由图 3.11.10 可证 1 |LR|（ 3.11.1） 2 （a）（b） 图3.11.10 为了消除分光计刻度盘的偏心误差（见“附消除偏心差的原理” ），测量每个角度时，在刻度盘的两个角游标Ⅰ，Ⅱ上都要读数，然后取平均值，于是 1 | LI RI | |LII RII | （ 3.11.2） 4 2. 自准直法测三棱镜的顶角 如图 3.11.11 所示， A 180 |LI RI ||LII RII |（ 3.11.3）180 2 3. 最小偏向角的测定及折射率计算 图 4.11.12 所示为一束单色平行光入射三棱镜时的主截面图。光线通过棱镜时，将连续发生两次折射，出射光线和入射光线之间的交角称为偏向角。 i1为入射角，i1为出射角，为棱镜的顶角。当 i1改变时，随之改变。可以证明，当i 1＝i1时，偏向角有最小值min，此时入射角i1＝( min + )/2，折射角i2＝ /2，由折射定律nsini 2＝sini1，可得三棱镜的折射率为

min sin n2（ 3.11.4） sin 2 因此，对于具有棱柱形的透明物体，只要测出最小偏向角min 及入射面出射面之间的夹角，就可由式（ 4.11.4）计算出棱镜对该种光的折射率。应当注意，通常所说的某物质折射率n，是对钠黄光（波长为 5 893 ? ）而言。 图 3.11.11图 3.11.12 用分光计可以精确地测得棱镜的min 和，从而求得该棱镜的折射率。 【实验内容】 1.用分光束法测三棱镜的顶角 将三棱镜待测顶角的顶点置于载物台中心（为什么？不妨自己试试其他位置），并对准平 行光管（见图 3.11.13 ），每个角度测 5 次，每次Ⅰ（左），Ⅱ（右）角游标都需同时读数，数据记 录到表 3.11.1 中，并按公式（ 3.11.2）计算角度。 （a）（b） 图3.11.13 表3.11.1 L R 次数12345平均Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 2.自准直法测三棱镜的顶角 测顶角的另一个方法是自准直法，即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直，记其在这两个位置之间的转角为。 3.测三棱镜的最小偏向角min 将三棱镜置于载物台上（见图 3.11.14），应注意调整载物台使高度适 当。转动载物台，寻找最小偏向角。可以先用目测找到出射光线，然 后转动载物台，使偏向角变小，直至载物台转动方向不变，偏向角却开 始变大为止。这时再用望远镜精确地测定这个光线偏折方向发生改变时 图3.11.14

分光计的调节与使用实验报告

姓名： 学号： 专业班级： 实验时间： 12周 星期四 上午10:00-12:00 一、试验目的 1、了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法； 2、测量三棱镜玻璃的折射率。 二、实验仪器 分光计，三棱镜，准直镜。 三、实验原理 1.测折射率原理： 当i 1＝i 2'时，δ为最小,此时 21 A i =' 22 11 1min A i i i -='-=δ )(21 min 1A i += δ 设棱镜材料折射率为n ，则 2sin sin sin 1 1A n i n i ='= 故 2 sin 2sin 2 sin sin min 1 A A A i n +== δ 由此可知，要求得棱镜材料折射率n ，必须测出其顶角Ａ和最小偏向角min δ。 四、实验步骤 1.调节分光计 1）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。 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）使载物台轴线垂直望远镜光轴。 a 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。 b 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。 注意）： 1、望远镜对平行光聚焦。 2、望远镜，平行光管的光轴垂直一起公共轴。 3、调节动作要轻柔，锁紧螺钉锁住即可。 4、狭缝宽度1mm 左右为宜。 2.测量最小偏向角 （1）平行光管狭缝对准前方水银灯。 （2）把载物台及望远镜转至（1）处，找出水银灯光谱。 （3）转动载物台，使谱线往偏向角减小的方向移动，望远镜跟踪谱线运动，直到谱线开始逆转为止，固定载物台。谱线对准分划板。 （4）记下读数1θ和2θ转至（2），记下读数1θ'和2 θ'，有 []2211min 21 θθθθδ'-+'-= 五、实验数据处理 原始数据如下： α=60?±10' 2 2min 仪u S +±=δδδ 1 ) (--= ∑n S i i δδ δ 仪u =3 1o ∴按不确定度传递原则 n n n u Sin Cos Sin Sin Cos u n ?-=???=++2 22 )2(212)2(21min min u α αδααδααα δαδαδδδu Sin Cos u n u n ?=???=+2 )2 (21min ∴ 1.6762 ) (min == +α δαSin Sin n ; 0.005)()(2 2=+=δαn n n u u u ;

分光计实验报告()

............. ..... .... 爲诫叶彳 ...................................... 分光计实验报告 【实验目的】 1、 了解分光计的结构和工作原理 2、 掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。 3、 学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率 【实验仪器】 分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。 【实验原理】 1、调整分光计： (1) 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、三棱镜最小偏向角原理 介质的折 射率可以用很多方法测定，在分光计上 用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的 精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如 果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中 间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进 行测量。 当平行的单色光，入射到三棱镜的AB 面，经折射 后由另一面 AC 射出，如图7.1.2-8所示。入射光线LD 和AB 面法线的夹角i 称 为入射角，出射光 ER 和AC 面法线的夹角i'称为出射角，入射光和出 射光的夹角 3称为偏向角。 可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角 i o 等于出射角i o'时，入射光和出射光之间的夹 角最小，称为最小偏向角 3 min 。由图7.1.2-8可知： 3 = (i-r ) + (i -r ') (6-2) A=r+r E 7 1.2-8三檢谨向 角氛理图 (6-3) 可得: 3= (i+ i ) -A (6-4)

分光计调整及光栅常数测量实验报告南昌大学

分光计调整及光栅常数测量实验报告南昌大学

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南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：光栅衍射实验 学院: 机电工程学院专业班级: 能源与动力工程１６2班 学生姓名：韩杰学号：5９02616051 实验地点：基础实验大楼座位号:

一、实验目的: 1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2.加深对分光计原理的理解。 3．用透射光栅测定光栅常数。 二、实验原理： 分光镜，平面透射光栅，低压汞灯(连镇流器 三、实验仪器： 光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝(或刻痕)构成的,是单缝的组合体,其示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上的刻痕起着不透光的作用，两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵,常用的是复制光栅和全息光栅。图1中的为刻痕的宽度, 为狭缝间宽度, 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为10０0条/毫米,即每毫米上刻有1０00条刻痕。 图1光栅片示意图图２光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图４载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时,根据夫琅和费衍射理论,在各狭缝处将发生衍射,所有衍射之间又发生干涉,而这种干涉条纹是定域在无穷远处,为此在光栅后要加一个会聚透镜，在用分光计观察光栅衍射条纹时,望远镜的物镜起着会聚透镜的作用，相邻两缝对应的光程差为 (1） 出现明纹时需满足条件 （2） (2）式称为光栅方程，其中: 为单色光波长;k为明纹级数。 由(2)式光栅方程，若波长已知,并能测出波长谱线对应的衍射角,则可以求出光栅常数d。 在=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线,则对称地分布在零级谱线的两侧,如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长，则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角，从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。对于低压汞灯，它的每一级光谱中有4条谱线: 紫色１＝４3５.8ｎｍ；绿色2＝5４6.１ｎm;黄色两条３=５77.0nｍ和4=579．1nｍ。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。

南昌大学物理实验报告分光计的调节与使用

学生姓名：王威 学号：6102114075 专业班级：电子142班 试验时间： 16时00分 第 10 周 星期 三 座位号：36 教师编号： 成绩： 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： ??sin sin )(d b a =+=? 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n b a 1)(=+cm 。? 为衍射角。 当衍射角? 满足光栅方程： λ?k d =sin ( k =0，±1，±2…) （40-1）

学生姓名：王威学号：6102114075 专业班级：电子142班 试验时间： 16时00分第 10 周星期三座位号：36 教师编号：成绩：时，光会加强。式中λ为单色光波长，k是明条纹级数。 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λ1= 435．8nm， 图40-3 绿色λ2=546．1nm，黄色两条λ3= 577．0nm和λ4=579．1nm。 四实验步骤 1 调节分光计 （1）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。