分光计调整及光栅常数测量实验报告南昌大学
光栅常数的测定实验报告
光栅常数的测定实验报告一、实验目的1、了解分光计的结构和工作原理，掌握分光计的调节方法。
2、观察光栅衍射现象，加深对光的衍射和干涉的理解。
3、用分光计测量光栅常数。
二、实验原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它由大量等宽、等间距的平行狭缝组成。
当一束平行光垂直照射在光栅上时，会发生衍射现象。
衍射光经过透镜会聚后，在焦平面上形成一系列明暗相间的条纹，称为光栅衍射条纹。
根据光栅衍射方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$（其中$d$为光栅常数，＄＼theta$为衍射角，＄k$为衍射级数，＄＼lambda$为入射光波长）。
如果已知入射光波长$＼lambda$，通过测量衍射角$＼theta$，就可以计算出光栅常数$d$。
三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面反射镜。
四、实验步骤1、分光计的调节粗调：调节望远镜和平行光管的俯仰调节螺钉，使它们大致水平；调节载物台，使其大致水平。
望远镜的调节：点亮目镜照明小灯，调节目镜，使分划板上的叉丝清晰；将平面反射镜放在载物台上，使反射镜与望远镜光轴大致垂直，通过望远镜观察反射镜，调节望远镜的俯仰调节螺钉，使看到的绿色“十”字像清晰，并与分划板上的上叉丝重合。
平行光管的调节：将狭缝调到合适宽度，打开汞灯，使平行光管射出平行光。
调节平行光管的俯仰调节螺钉，使狭缝像清晰，并与分划板的中央竖线重合。
使望远镜光轴与分光计中心轴垂直：将平面反射镜在载物台上旋转180°，观察反射镜两面反射的“十”字像，通过调节载物台下的三个调节螺钉，使两面反射的“十”字像都与上叉丝重合。
2、光栅的放置将光栅放在载物台上，使光栅平面与入射光垂直，光栅刻痕与分光计中心轴平行。
3、测量光栅衍射角用望远镜观察光栅衍射条纹，找到中央明条纹和左右两侧的第一级明条纹。
分别测量左右两侧第一级明条纹与中央明条纹的夹角。
为了消除偏心误差，要测量左右两侧的角度，然后取平均值。
五、实验数据及处理1、测量数据汞灯绿光谱线的波长$＼lambda ＝ 5461nm$。
南昌大学分光计实验报告
分光计测三棱镜的折射率【学习重点】1.了解分光仪的结构原理和调节方法2.测量棱镜的色散3.了解最小二乘法在曲线拟合中的应用【仪器用具】分光仪、玻璃棱镜、平面反射镜、低压汞灯【预习重点】1.分光仪的结构原理2.分光仪的调节要求和调节方法3.待测棱镜的调节4.待测棱镜的顶角测量5.如何利用最小偏向角测量折射率及其与波长的关系及色散率【背景知识】1.分光仪是一种测量光束偏转角的精密仪器，它可以精确地测量平行光的偏转角，是光学实验中的一种常用的仪器。
分光仪一般由底座、望远镜、平行光管、载物台和读数装置组成。
（一）底座底座起着对整个仪器支撑的作用。
在其中心有一固定的中心轴。
望远镜、刻度盘以及游标均套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。
（二）望远镜望远镜通常是由物镜、叉丝、照明光源和目镜组成。
在实验中望远镜大多用来观测平行光，因此相当于用望远镜观察无限远的物体。
物镜将入射的平行光会聚在它的焦平面上，所以作为测量准线的叉丝也应位于物镜的焦平面上，这时目镜应处于在能清晰地看清叉丝地位置。
（三）平行光管平行光管地作用是产生平行光。
它是由一个消色差地凸透镜和可变狭缝组成。
当用光源照射狭缝，并将狭缝调节到凸透镜地焦平面上时，从平行光管出射地光就是平行光。
（四）载物台载物台是用来放置被测元件的。
载物台下面有三个调节螺丝，可以用来调节载物台的倾斜程度。
（五）读数装置读数装置是由刻度盘和两个游标组成。
两个游标相隔1800，并且在通过仪器的中心轴的直径上。
注意：此实验为什么要用两个游标？可否能用一个游标，对实验结果是否有影响？2.分光仪的调节分光仪在用于测量前，必须达到以下状态才能使用：a.望远镜的光轴与仪器的转轴垂直并能对平行光能很好地成像.b.平行光管地光轴与仪器的转轴垂直并能出射平行光.为达到上述要求,我们采用自准法调节望远镜,使之达到所要的状态.具体步骤如下:a.目测粗调用眼睛从分光仪的各个侧面估测,使望远镜和平行光管大致与仪器的中心轴垂直.b.利用自准法将望远镜调焦于无限远点亮目镜旁的小灯照亮叉丝,借助平面反射镜将叉丝像反射回来作为无限远的物,调节平面反射镜和望远镜的俯仰使得从望远镜中能看到反射回来的叉丝像,这时对望远镜进行调焦,当反射回来的叉丝像变的最清晰,并且与叉丝之间没有视差时(怎样判断有无视差,如何消除?),叉丝与叉丝像都位于望远镜物镜的焦平面上.此时,望远镜就被调焦于 无限远.c. 用各半调节法使望远镜的光轴于仪器的转轴垂直此时仍需借助平面反射镜来调节.从望远镜视场中 观察，当无论以平面镜的哪一个反射面对准望远 镜，均能观察到亮十字时，如从望远镜中看到准线 与亮十字像不重合，它们的交点在高低方面相差一 段距离如图2.1(a)所示。
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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：分光计调整及光栅常数测量.
学院：信息工程学院专业班级：通信152
学生姓名：宋县锋.
学号：6102215068 序号：23 .
实验地点：
311 .
实验时间：第12周星期3下午 3.45开始.
三、实验仪器：
分光计、光源、光栅、自准镜
四、实验内容和步骤：
.分光计调整
（1）熟悉分光计各调节螺钉作用后，目视粗调载物台、望远镜及平行光管基本水平。
（2）用自准直法将望远镜调焦到无穷远
（3）载物台转轴与望远镜光轴垂直的调节
在望远镜视场中能够看到平面反射镜两面反射回的像。
规律：
平面反射镜两面反射回的像都在视场上方（或下方）时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉。
平面反射镜两面反射回的像一面在视场上方另一面在视场下方时，只需调节载物台的水平调节螺钉。
注意：认定上、下方的像之间的距离后，将在视场上方的像下调1/2距离，或将在视场下方的像上调1/2距离。
调节平行光管
打开光源放在狭缝前，望远镜对准平行光管。
左右移动目镜，观测不同颜色，记录数据。
五、实验数据与处理：=
λ绿光546.07nm =
λ黄光（光1=589.59nm；光2=589.0nm）
初始左右
白0°180°
紫344°50′164°45′
绿341°10′161°8′
黄1 340°11′160°11′
黄2 339°15′159°12′。
分光计调整和光栅常数测量实验报告
分光计调整和光栅常数测量实验报告一、实验目的1、了解分光计的结构，掌握分光计的调节和使用方法。
2、观察光栅衍射现象，测量光栅常数。
二、实验原理1、分光计的原理分光计是一种用于精确测量角度的仪器。
它主要由望远镜、平行光管、载物台和读数圆盘等部分组成。
通过调节望远镜和平行光管的光轴，使其与仪器的中心转轴垂直，并且使望远镜能够接收平行光管发出的平行光，从而实现对角度的精确测量。
2、光栅衍射原理光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝构成的光学元件。
当一束平行光垂直照射在光栅上时，会产生衍射现象。
根据光栅衍射方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$（其中$d$为光栅常数，＄＼theta$为衍射角，＄k$为衍射级数，＄＼lambda$为入射光波长），在已知入射光波长的情况下，通过测量衍射角$＼theta$，可以计算出光栅常数$d$。
三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面镜四、实验步骤1、分光计的调整（1）粗调将望远镜、平行光管和载物台大致调至水平，使它们的中心大致位于分光计的中心转轴上。
（2）望远镜的调节①目镜调焦：通过旋转目镜，使分划板上的十字叉丝清晰。
②物镜调焦：将平面镜放在载物台上，使平面镜与望远镜光轴大致垂直。
通过旋转望远镜调焦手轮，使平面镜反射回来的十字像清晰。
③望远镜光轴与中心转轴垂直的调节：采用各半调节法，即调节望远镜俯仰调节螺丝和载物台下方的调节螺丝，使平面镜在两个方位反射回来的十字像均与分划板上的十字叉丝重合。
（3）平行光管的调节①调节平行光管的俯仰调节螺丝，使其发出的光大致水平。
②调节平行光管的聚焦调节螺丝，使其发出平行光。
2、光栅的放置与调节将光栅放在载物台上，使光栅平面与平行光管光轴垂直。
3、测量光栅常数（1）打开汞灯，让平行光管射出的平行光垂直照射在光栅上。
（2）用望远镜观察光栅衍射条纹，找到中央明纹和左右两侧的一级衍射条纹。
（3）分别测量中央明纹与左右两侧一级衍射条纹的夹角$＼theta_1$和$＼theta_2$。
南昌大学物理实验报告-分光计调整及光栅常数测量
2 243 ゜ 3'
63 ゜ 1'
南昌大学物理实验报告 姓名：罗程 学号：5902616003 序号：17 班级：能动 161 班 实验名称：分光计调整及光栅常数测量 实验目的: 1.加深对光栅分光原理的理解。 2.用透射光栅测定光栅常量； 3.熟悉分光计的使用方法。 实验仪器：望远镜，载栅其衍射的明条纹满足光栅方程 d sin k （k=0,1,2…）
3.测光栅常量 d,已知绿光λ=546.07nm
衍射光谱级数（K）
左侧衍射光角坐标 左
-1
1
265 ゜ 39' 249 ゜ 51'
-2 275 ゜ 18'
右侧衍射光角坐标 右
85 ゜ 36' 69 ゜ 50'
95 ゜ 16'
2 k左 -k左 - k左
15 ゜ 48'
32 ゜ 15'
16 ゜ 7.5' 3.932
注意事项： 1.测量中光栅位置不可移动，测量中应记下中央明条纹的位置； 2.光学仪器镜头及光栅不可用手摸，轻放轻拿；
3.若度盘 0 刻线过游标 0 刻线，θ=（360 ゜+小）- 大 。
4.游标盘左右读数可消除偏心差， （1 - 2）/ 2 。
原始数据如下：
2 k右 -k右 - k右
15 ゜ 46'
32 ゜ 15'
2 k (2 k左 2 k右）/ 2
15 ゜ 47'
32 ゜ 15'
k 2 k / 2
d
k sin
（mm）
d (d1 d2 ) / 2 (mm)
7.5 ゜ 23.5' 3.977 3.9545
分光镜的调整和光栅常数的测量实验报告
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：分光计的调节和光栅常数的测量学院：信息工程学院专业班级：计算机科学与技术学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1.了解分光计的基本结构和原理；2.掌握分光计的调整要求和调整方法；3.调整分光计，使其达到最佳工作状态，可进行精密测量；4.用调整好的分光计测三棱镜的顶角；5.观察光栅衍射现象，理解光栅衍射基本规律；学会用分光计测光栅常数。
二、实验原理：①分光计的调节和使用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。
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。
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。
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【实验内容与要求】1．调整分光计（1）调整望远镜使之聚焦于无穷远，适于接收平行光。
（2）调整望远镜光轴与仪器转轴垂直。
南昌大学分光计的调节与使用
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：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1.加深对光栅分光原理的理解。
2.用透射光栅测定光栅常量，光波波长。
3.熟悉分光计的使用。
二、实验原理：衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。
它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。
透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。
而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。
实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。
由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。
另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。
1．测定光栅常数和光波波长光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
如图1所示，设光栅常数d=AB的光栅G，有一束平行光与ϕ光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。
从B点作BC垂直于入射光CA，再作BD垂直于衍射光AD，AD与光栅法线所成的夹角为ϕ。
如果在这方向上由于光振动的加强而在F处产生了一个明条纹，其光程差CA+AD必等于波长的整数倍，即：d (sinϕ±sin i )= mλ（1）式中，λ为入射光的波长。
当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时，图1光栅的衍射（1）式括号内取正号，在光栅法线两侧时，（1）式括号内取负号。
如果入射光垂直入射到光栅上，即i=0，则（1）式变成：d sinϕm= mλ（2）这里，m=0，±1，±2，±3，…，m为衍射级次，ϕm第m级谱线的衍射角。
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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：
cos ln 1sin tan ln 1
m m m m d d
ϕλϕϕϕλ∂==∂∂=∂
22
21(
)()tan λ
ϕλ
ϕ∆∆=+∆m m
d d 由以上推导可知，测量d 时，在m ϕ∆一定的情况下，m ϕ越大d 的偏差越小。
但是m ϕ大时光谱级次高，谱线难以观察。
所以要各方面要综合考虑。
而对λ的测量，也是m ϕ越大不确定度越小。
综上，在可以看清谱线的情况下，应该尽量选择级次高的光谱观察，以减小误差。
6.2 求绿线的d 和λ并计算不确定度 1）二级光谱下：
由sin m
m d λ
ϕ=
，代入数据
m ϕ=19
，可得
d =3349.1nm
又由
m
m m m m m d
d d d ϕϕϕϕϕϕtan ln )()ln (22∆=∆∂∂=∆∂∂=∆，m ϕ∆=2’得
d ∆=3349.1*[2π/(60*180)]/tan(19
)=0.6nm
d =(3349.1±5.7)nm
而实验前已知光栅为300线每毫米，可见测量结果与实际较吻合。
再用d 求其他光的λ：
sin /m d m λϕ=
22
21(
)()tan λϕλ
ϕ∆∆=+∆m m
d d
对波长较长的黄光：ϕm =20 o 15＇,d=3349nm 代入，可得
λ=579.6nm ，λ∆=1.4nm
可以看到，三级谱线下测量后计算的结果教二级谱线下的结果其偏差都更小，与理论推断吻合。
6.3 在i=15 o 时，测定波长较短的黄线的波长。
由
，m=2，可得：
在同侧：λ=577.9nm
在异侧：λ=575.9nm
6.4 最小偏向角法求波长较长的黄线的波长
由公式：
,3,2,1,0,2
sin
2±±±==m m d λδ
代入数据：m=2,δ= 39o 51＇代入，得
λ=579.4nm
与实际值吻合良好。
七、思考题
1.怎样调整分光计？调整时应注意的事项？
答：⑴先目测粗调，使望远镜和平行光管大致垂直与中心轴；另外再调载物台使之大致呈水平状态。
（2）点亮照明小灯，调节并看清准线和带有绿色小十字窗口。
（3）调节并使载物台上的准直镜正反两面都进入望远镜，并且成清晰的像。
（4）采取逐步逼近各半调节法使从准直镜上发射所成的十字叉丝像与准直线重合。
（5）目测使平行光管光轴与望远镜光轴重合，打开狭缝并在望远镜中成清晰的大约1mm 宽的狭缝像。
（6）使狭缝像分别水平或垂直并调节使狭缝像中心与十字叉丝中点想重合。
调节过程中要注意已经调节好的要固定好，以免带入新的误差，另外注意逐步逼近各半调节法的使用。
2.光栅方程和色散率的表达式中各量的物理意义及适用条件? 答：（1）在光栅方程 中λ为实验中所测光的波长，如本实验中绿光的波长。
K 为衍射光谱级数φ为衍射角，d 为光栅常数即光栅相临两刻蚊间长度。
实用条件取决与级数的选取应与实验相一致。
（2）色散率的表达式 中相应量与光栅方程中具有相同含义。
3.当平行光管的狭缝很宽时，对测量有什么影响?
答：造成测量误差偏大，降低实验准确度。
不过，可采取分别测狭缝两边后求两者平均以降低误差。
4.若在望远镜中观察到的谱线是倾斜的，则应如何调整?
答：证明狭缝没有调与准线重合有一定的倾斜，拿开光栅调节狭缝与准线重合。
5.为何作自准调节时,要以视场中的上十字叉丝为准，而调节平行光管时，却要以中间的大十字叉丝为准?
答：因为在自准调节时照明小灯在大十字叉丝下面，另外要保证准直镜与望远镜垂直，就必须保证其在大十字叉丝上面，并且距离为灯与大十字叉丝相同的地方，即以视场中的上十字叉丝为准。
现在，很容易就知道为什么在调节平行光管时，却要以中间的大十字叉丝为准了。
6.光栅光谱与棱镜光谱相比有什么特点?
答：棱镜光谱为连续的七色光谱，并且光谱经过棱镜衍射后在两边仅仅分别出现一处；
光栅光谱则不同，它为不连续的并且多处在平行光管轴两边出现，另外还可以条件狭缝的宽度以保证实验的精确度。