实验3 分光计测定光栅常数(305)

一、实验目的

1. 观察光栅衍射现象和衍射光谱 2. 进一步熟悉分光计的调节和使用 3. 选定波长已知的光谱线测定光栅常量

二、实验仪器

分光计、光栅、汞灯、双面反射镜

三、实验原理

当单色平行光垂直照射到光栅面上，透过各狭缝的光线将向各个方向衍射.如果用凸透镜将与光栅法线成角的衍射光线会聚在其焦平面上，由于来自不同狭缝的光束相互干涉，结果在透镜焦平面上形成一系列明条纹.根据光栅衍射理论，产生明条纹的条件为

dsinkk k0,1,2, (26―1)

式中d=a+b为光栅常量，λ为入射光波长，k为明条纹(光谱线)的级数，k为第k级明条纹的衍射角.(26―1)式称为光栅方程，它对垂直照射条件下的透射式和反射式光栅都适用.

如果入射光为复色光，由(26―1)式可知，波长不同，衍射角也不同，于是复色光被分解.而在中央

k0,k0处，各色光仍然重叠在

一起，形成中央明条纹.在中央明条纹两侧对称分布着k= ±1，±2，…级光谱.

每级光谱中紫色谱线靠近中央明条纹，红色谱线远离中央明条纹.

实验中如用汞灯照射分光计的狭缝，经平行光管后的平行光垂直照射到放在载物台上的光栅上，衍射光用望远镜观察，在可见光范围内比较明亮的光谱线如图26―2所示.这些光谱线的波长都是已知的(参见附表3―10).用分光计判明它的级数k并测出相应的

衍射角k，就可由(26―1)式求出光栅常量d.

四、实验内容

(一)调整分光计

调整方法参见实验17.调好的分光计应使望远镜调焦在无穷远，平行光管射出平行光，望远镜与平行光管共轴并与分光计转轴垂直.平行光管的狭缝宽度调至0．3mm左右，并使狭缝与望远镜里分划板的中央竖线平行而且两者中心重合.要注意消除望远镜的视差.调好后固定望远镜和平行光管的有关螺旋.

（二）放置光栅

1.将放在光栅座上的光栅按图26―3所示的位置放在分光计的载物台上，并小心地用载物台上的压片将光栅片位置固定.先目测使光栅面与平行光管轴线大致垂直，然后用自准法调节.注意：望远镜和平行光管都已调好不能再调，只调节载物台下方的两个螺钉G1、G3，使得从光栅面反射回来的绿色十字在图17―8(c)所示的位置，然后固定载物台.

2.轻轻转动望远镜支臂以转动望远镜，观察中央明条纹

两侧的衍射光谱是否在同一水平面内.如果观察到光谱线有高低变化，说明狭缝与光栅刻痕不平行.此时可调节图26―3所示的载物台螺钉G2,直到各级谱线基本上在同一水平面内为止.

(三)测量汞灯各谱线的衍射角

1. 将分光计内小灯熄灭，转动望远镜，从最左端的-1级黄色谱线开始测量，依次测到最右端的+1级黄色谱线.为了使分划板竖线对准光谱线，应用望远镜的微调螺钉仔细调节，不能用手直接推动望远镜.

2. 为了消除分光计度盘的偏心差，测量每一条谱线的衍射角时要分别测出左右两个游标的示值，然后取平均.

3. 由于衍射光谱对中央明条纹是左右对称的，为了减小测量的误差，对于每一条谱线应测出+1级和-1级光谱线的位置，两个位置差值的一半即为1.

4. 完成数据表26―l，对于k=±1级光谱线，由(26-1)式得d/sin1.可不考虑的不确定度，d的合成标准不确定度

ucdcsc1cot1u1

对于JJY-1型分光计，m112.909104rad,于是u1=m1

3=1.68104rad.

五、注意事项

1. 禁止用手触摸光栅，拿取或移动光栅时应移动光栅座.

2. 对于调好的分光计，不能再调平行光管和望远镜上的任何调节螺钉或旋钮(除目镜视度调节手轮以外). 3. 测量衍射角时，应锁紧望远镜止动螺钉，用望远镜转角微调螺钉使分划板竖线与光谱线对齐，再读游标示值.

六、数据处理

七、思考题

1．用已校准好的光栅，通过实验能看到第几级579．07nm的黄光谱线?并与理论计算结果相比较.

八、附原始数据记录表格（注：作实验时记录在原始数据上用）

表 26―1

黄1 λ（nm） 579.07 左游标读数1 576.96 546.07 黄2 绿 紫 435.83 k=-1 右游标读数1 左游标读数2  k=+1 右游标读数2 1[(21)(21)]/4 d/sin1