光柵衍射和光波波長的測(cè)定

1、勿動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀器! 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 衍射光柵由大量等寬、等間距、平行排列的狹 縫構(gòu)成。實(shí)際使用的光柵可以用刻劃、復(fù)制或全 息照相的方法制作。衍射光柵一般可以分為兩類： 用透射光工作的透射光柵和用反射光工作的反射 光柵。本實(shí)驗(yàn)使用的是透射光柵本實(shí)驗(yàn)使用的是透射光柵。 根據(jù)多縫衍射的原理，復(fù)色光通過衍射光柵后 會(huì)形成按波長順序排列的譜線，稱為光柵光譜， 所以光柵和棱鏡一樣是一種重要的分光光學(xué)元件。 在精確測(cè)量波長和對(duì)物質(zhì)進(jìn)行光譜分析中普遍使 用的單色儀、攝譜儀就常用衍射光柵構(gòu)成色散系 統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1 1、觀察光通過光柵后的衍射現(xiàn)象；、觀察光通過光柵后的衍射現(xiàn)象； 2 2、進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)和

2、使用；、進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用； 3 3、測(cè)定鈉黃光的平均波長。、測(cè)定鈉黃光的平均波長。 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器 分光計(jì)主軸分光計(jì)主軸 望遠(yuǎn)鏡光軸望遠(yuǎn)鏡光軸 用到的實(shí)驗(yàn)儀器有：鈉光燈、分光計(jì)、平面鏡及衍射光柵。 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 不能用手觸摸各光學(xué)元件！光柵是精密光學(xué)元件，不能用手觸摸各光學(xué)元件！光柵是精密光學(xué)元件， 嚴(yán)禁用手觸摸光柵平面，以免損壞。嚴(yán)禁用手觸摸光柵平面，以免損壞。用完后請(qǐng)立即用完后請(qǐng)立即 上交。上交。 光學(xué)儀器的調(diào)節(jié)動(dòng)作要輕，鎖緊螺釘也是指鎖住即光學(xué)儀器的調(diào)節(jié)動(dòng)作要輕，鎖緊螺釘也是指鎖住即 可，不要用力過大，以免損壞器件?？?，不要用力過大，以免損壞器件。 轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，都是指游

3、標(biāo)盤帶動(dòng)載物臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，都是指游標(biāo)盤帶動(dòng)載物臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 如需轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡要拿住望遠(yuǎn)鏡支架轉(zhuǎn)動(dòng)。如需轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡要拿住望遠(yuǎn)鏡支架轉(zhuǎn)動(dòng)。切忌握住切忌握住 目鏡和目鏡調(diào)節(jié)螺絲轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡。目鏡和目鏡調(diào)節(jié)螺絲轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡。 調(diào)節(jié)平行光管時(shí)再開鈉光燈，打開后就不要再頻繁調(diào)節(jié)平行光管時(shí)再開鈉光燈，打開后就不要再頻繁 開關(guān)。若因某種原因突然斷電時(shí)，需待燈管冷卻后開關(guān)。若因某種原因突然斷電時(shí)，需待燈管冷卻后 再重新開啟。再重新開啟。 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 單色光垂直照射光柵：?jiǎn)紊獯怪闭丈涔鈻牛?kdsin 3, 2, 1, 0k 光柵方程光柵方程 a b sind d 其中d為光柵常數(shù)，d=a+b，本實(shí)驗(yàn)

4、 中d= mm（每毫米有300條刻痕）。 黃 黃 綠 綠 紫 紫 一級(jí)明條紋一級(jí)明條紋一級(jí)明條紋一級(jí)明條紋 1K1K 中央明條紋中央明條紋 0K 光柵 實(shí)際的測(cè)量是對(duì)已知干涉級(jí)次衍射條紋實(shí)際的測(cè)量是對(duì)已知干涉級(jí)次衍射條紋 的衍射角的衍射角的精確測(cè)量。的精確測(cè)量。 利用分光計(jì)可利用分光計(jì)可 觀察到各級(jí)衍射觀察到各級(jí)衍射 條紋條紋（本實(shí)驗(yàn)中，（本實(shí)驗(yàn)中， 用分光計(jì)測(cè)量單用分光計(jì)測(cè)量單 色光已知衍射級(jí)色光已知衍射級(jí) 次的衍射角，實(shí)次的衍射角，實(shí) 際能觀察到三級(jí)際能觀察到三級(jí) 衍射條紋）衍射條紋）。 平行光平行光（復(fù)色）（復(fù)色） 平行光管平行光管 載物臺(tái)載物臺(tái) 望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡 儀器調(diào)節(jié)儀器調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)步驟

5、：調(diào)節(jié)步驟： 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦無窮遠(yuǎn)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦無窮遠(yuǎn) 望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)主軸垂直望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)主軸垂直 載物平臺(tái)與分光計(jì)主軸垂直載物平臺(tái)與分光計(jì)主軸垂直 目測(cè)粗調(diào)目測(cè)粗調(diào) 平行光管出射平行光與望遠(yuǎn)鏡共軸平行光管出射平行光與望遠(yuǎn)鏡共軸 實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟： 1、目測(cè)粗調(diào)、目測(cè)粗調(diào) 松開松開望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺絲 鎖緊鎖緊望遠(yuǎn)鏡與刻度盤 聯(lián)動(dòng)螺絲 松開松開游標(biāo)盤止 動(dòng)螺絲 鎖緊鎖緊載物臺(tái)鎖緊 螺絲 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡高低調(diào)望遠(yuǎn)鏡高低調(diào) 節(jié)螺絲節(jié)螺絲 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平載物臺(tái)調(diào)平 螺絲螺絲 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺絲和載物平臺(tái)下的三個(gè)物臺(tái)調(diào)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺絲和載物平臺(tái)下的三個(gè)物臺(tái)調(diào) 平螺絲，使望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)基

6、本水平。平螺絲，使望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)基本水平。 1.1.將平面鏡按下圖所示放在載物臺(tái)上，視場(chǎng)中能看到將平面鏡按下圖所示放在載物臺(tái)上，視場(chǎng)中能看到 十字光標(biāo)經(jīng)平面鏡反射回來的綠色十字像。十字光標(biāo)經(jīng)平面鏡反射回來的綠色十字像。 2.2.將將載物臺(tái)載物臺(tái)轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過180180o o，視場(chǎng)中仍能看到該十字像。，視場(chǎng)中仍能看到該十字像。 調(diào)節(jié)要求：調(diào)節(jié)要求： 調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)方法： a b c 粗調(diào)找不到反射像的解決辦法：粗調(diào)找不到反射像的解決辦法： 粗調(diào)后還是觀察不到反射像，粗調(diào)后還是觀察不到反射像，將將 載物臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，觀察平面載物臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，觀察平面 鏡里的綠色十字的虛像的位置，鏡里的綠色十字的虛

7、像的位置， 然后調(diào)節(jié)螺絲然后調(diào)節(jié)螺絲a或或b，以及望遠(yuǎn)鏡，以及望遠(yuǎn)鏡 的傾斜螺絲，直至最后通過望遠(yuǎn)的傾斜螺絲，直至最后通過望遠(yuǎn) 鏡能同時(shí)觀察的兩個(gè)反射十字像。鏡能同時(shí)觀察的兩個(gè)反射十字像。 2.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦無窮遠(yuǎn)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦無窮遠(yuǎn) 1.1.目鏡調(diào)焦：其目的是使眼睛通過目鏡能清晰地看到分劃板目鏡調(diào)焦：其目的是使眼睛通過目鏡能清晰地看到分劃板 上的叉絲刻線。方法：轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)節(jié)螺絲。上的叉絲刻線。方法：轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)節(jié)螺絲。 2.2.物鏡調(diào)焦：其目的是將分劃板上十字光標(biāo)調(diào)整到焦平面上，物鏡調(diào)焦：其目的是將分劃板上十字光標(biāo)調(diào)整到焦平面上， 即望遠(yuǎn)鏡對(duì)無窮遠(yuǎn)聚焦。方法：前后移動(dòng)目鏡套筒，使綠十字即望遠(yuǎn)鏡

8、對(duì)無窮遠(yuǎn)聚焦。方法：前后移動(dòng)目鏡套筒，使綠十字 光標(biāo)成像清晰。光標(biāo)成像清晰。 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 3.望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)主軸垂直望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)主軸垂直 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 1. 用用各半法各半法調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)螺絲a、b和望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺絲，使和望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺絲，使十字光標(biāo)通十字光標(biāo)通 過平面鏡成的過平面鏡成的像與分劃板的上十字線重像與分劃板的上十字線重合。合。 2. 使載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)使載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180o，再次使用各半法重復(fù)，再次使用各半法重復(fù)1。 3. 反復(fù)調(diào)節(jié)，直至反復(fù)調(diào)節(jié)，直至平面鏡的任一面都能使十字光標(biāo)像調(diào)節(jié)到位。平面鏡的任一面都能使十字光標(biāo)像調(diào)節(jié)到位。 至此以后，不再碰動(dòng)望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺

9、絲。至此以后，不再碰動(dòng)望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺絲。 4.載物平臺(tái)與分光計(jì)主軸垂直載物平臺(tái)與分光計(jì)主軸垂直 2. 調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)螺絲c使使十字光標(biāo)通過平面鏡成十字光標(biāo)通過平面鏡成 的的像與分劃板的上十字線重像與分劃板的上十字線重合。合。 1. 將平面鏡做如右圖所示調(diào)整將平面鏡做如右圖所示調(diào)整。 a b c 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： a b c 5.平行光管出射平行光與望遠(yuǎn)鏡共平行光管出射平行光與望遠(yuǎn)鏡共 軸軸 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 1、取走反射鏡，將已調(diào)節(jié)好的望遠(yuǎn)鏡正對(duì)著平行光管，打開鈉光燈，、取走反射鏡，將已調(diào)節(jié)好的望遠(yuǎn)鏡正對(duì)著平行光管，打開鈉光燈， 照亮狹縫。照亮狹縫。 2、松開狹縫套筒鎖緊螺絲，調(diào)節(jié)、松開

10、狹縫套筒鎖緊螺絲，調(diào)節(jié)套筒套筒前后前后位置，使望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中能看位置，使望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中能看 到清晰的狹縫像（到清晰的狹縫像（黃色黃色），調(diào)節(jié)狹縫寬度，使縫寬約為），調(diào)節(jié)狹縫寬度，使縫寬約為1mm，如圖，如圖1。 3、轉(zhuǎn)動(dòng)狹縫，調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)狹縫，調(diào)節(jié)高低和水平高低和水平調(diào)節(jié)螺絲，使狹縫像與分劃板中間水平調(diào)節(jié)螺絲，使狹縫像與分劃板中間水平 叉絲重合。再把狹縫轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)，保持狹縫像清晰且與分劃板中央叉絲重合。再把狹縫轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)，保持狹縫像清晰且與分劃板中央 豎直準(zhǔn)線重合。如圖豎直準(zhǔn)線重合。如圖2、3。 4、鎖住狹縫鎖緊螺絲。、鎖住狹縫鎖緊螺絲。 圖1 圖2 圖3 6.測(cè)鈉黃光的平均波長測(cè)鈉黃光的平均波

11、長 光柵放置要求：入射光垂直照射光柵；光柵刻痕與分光計(jì)主軸平光柵放置要求：入射光垂直照射光柵；光柵刻痕與分光計(jì)主軸平 行。行。 調(diào)節(jié)步驟：調(diào)節(jié)步驟： 望遠(yuǎn)鏡已調(diào)好，千萬不要再動(dòng)；望遠(yuǎn)鏡已調(diào)好，千萬不要再動(dòng)； 只調(diào)節(jié)螺絲只調(diào)節(jié)螺絲a或或b，使光柵反回的亮十字與分劃板上方十字線，使光柵反回的亮十字與分劃板上方十字線 及中央明條紋重合，這時(shí)鎖緊游標(biāo)盤止動(dòng)螺絲和望遠(yuǎn)鏡與刻及中央明條紋重合，這時(shí)鎖緊游標(biāo)盤止動(dòng)螺絲和望遠(yuǎn)鏡與刻 度盤聯(lián)動(dòng)螺絲度盤聯(lián)動(dòng)螺絲（老左新右）（老左新右） 。 1. 調(diào)節(jié)光柵平面平行于分光計(jì)主軸并垂直于平行光管。調(diào)節(jié)光柵平面平行于分光計(jì)主軸并垂直于平行光管。 2. 調(diào)節(jié)光柵刻痕平行于分光計(jì)主軸。調(diào)節(jié)光柵刻痕平行于分光計(jì)主軸。 調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)螺絲c，至望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，中央明紋兩側(cè)的各級(jí)譜，至望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，中央明紋兩側(cè)的各級(jí)譜 線的高度