迫切需求:“光栅波长测量”实验数据

衍射光栅是一种利用多缝衍射原理来分散光波的光学元件。它由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或槽口组成。光栅因其色散大、分辨率高而被广泛应用于各种光谱仪器中。现代高科技技术可以制作出每厘米上万条狭缝的光栅，不仅适用于分析可见光成分，也适用于红外和紫外波段。在结构上有平面光栅和凹面光栅，光栅又分为透射式和反射式两大类。本实验中使用的光栅是透射光栅。

光在传播过程中的衍射和散射，以及光的反射和折射等物理现象都与角度有关。一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的最大和最小位置可以通过测量相关角度来确定。在光学技术中，准确测量光的偏转角具有重要意义。

光谱仪是一种典型的精密测角光学仪器，常用于测量波长、折射率、色散率、观测光谱等。因为装置比较精密，操作控制部分又多又复杂，所以必须严格按照要求使用。尤其是新手，经常会觉得有些困难。但只要明确调整要求，观察现象，利用已有的理论知识分析指导操作，一般是容易掌握的。分光计的调节思想、方法和技巧在光学仪器中具有代表性。学会如何调整和使用，有助于掌握操作较为复杂的光学仪器。

本实验使用的主要仪器是光谱仪和测量显微镜，分别测量光栅衍射角和光栅常数。重点训练的方法和技巧有:(1)分光计的调整方法，包括望远镜目镜的调整和调焦，平行光管的调整等。(2)分光计角度游标的原理和读数方法。(3)测量显微镜的调整和使用。

这是一个基本的物理光学实验。实验中要注意精密光学仪器由粗到精的调整思路和方法，消除分光计偏心差的方法，消除视差的方法，消除节差的方法。分光计的使用和调整比较困难，这也是本实验的重点和难点。数据处理难度不大，适合很多物理、机械、计算机、自动化专业的学生。难度系数为:1.10。

实验的具体内容和要求

1，分光计的调整

在调整之前，您应该熟悉分光计中下列螺丝的位置:

(1)目镜调焦手轮(看清分划板划线)；

(2)调焦望远镜(看清楚物体)的手轮(或螺丝)；

(3)调整望远镜的水平螺丝；

(4)用于控制望远镜旋转的螺钉(连同刻度盘)；

(5)用于调节载物台水平状态的三个螺钉；

(6)用于控制载物台旋转的制动螺钉；

(7)调节准直器狭缝宽度的螺钉；

(8)调节准直器水平的螺钉；

(9)用于准直器聚焦的狭缝套筒制动螺钉。

分光计的调整内容和过程大致如下:

(1)目测粗调:将望远镜、载物台、准直器粗调至水平并垂直于中心轴。

(2)用自准直法调整望远镜聚焦于无穷远。

调节目镜调焦手轮，直到十字线上的刻线清晰可见。将小平面镜放在载物台上轻轻转动载物台，或轻轻调整载物台与望远镜的水平，从望远镜上观察反射回来的绿十字像(或模糊像斑)。调整望远镜目镜套筒的位置，使十字图像清晰。注意消除视差。

(3)调整望远镜的光轴与光谱仪的中心轴垂直。

一、粗调，即先通过目测调整望远镜和载物台的水平调节螺丝，慢慢转动载物台，从望远镜上可以观察到小平面镜两侧反射的十字像，然后微调望远镜和载物台的水平，使十字像与望远镜视场内的上划线十字重合。

(4)调整准直器。

用调整后的望远镜调整准直器。调整狭缝装置的位置，使从望远镜上看到的狭缝图像最清晰，调整狭缝宽度，使图像宽度约为1mm。调节准直器的光轴，使其垂直于光谱仪的中心轴。

2.衍射角的测量

(1)光栅的放置:将光栅放置在载物台上，调整到与准直器垂直，满足平行光直射的条件。

(2)对齐衍射条纹，并使用两个角度光标进行精确读数。

3.光栅常数的测量

正确使用读数显微镜，并应用累积放大法，一次测量多个光栅常数，以减少测量误差。

4.计算钠黄光的波长，与标准值比较，计算相对百分误差。

实验仪器简介

1，光谱仪用于测量各级光栅衍射线的衍射角。分光计是一种测量角度的精密仪器，主要由三脚架底座、平行光管、载物台、望远镜、刻度盘和游标盘组成。

2.测量光栅常数的测量显微镜。

3.衍射光栅。

预览基本要求

1，了解分光计的结构和调整。

2.了解光衍射条纹的形成原理和光栅方程的意义。

3.了解测量显微镜的使用方法和光栅常数的测量方法。

4.了解用分光计测量衍射角的方法和过程以及用衍射方程计算钠黄光波长的方法。常见问题和答案

1.光谱仪结构复杂，调节部件多。实验过程中不要太焦虑。按照教材和老师的讲解一步步进行，你很快就会掌握调整和使用方法。

2.在调整望远镜的焦距和水平时，经常会出现找不到反射的十字像的情况。这时要采用先粗调，后精调的方法，也就是说先通过目视调整使望远镜基本水平，小平面镜基本垂直于望远镜，再寻找望远镜反射回来的十字像。

3.通过调整，从分面镜两侧反射的十字图像与望远镜视场中的上十字位置重合。

4.光谱仪上有很多螺丝。一般游标盘是固定的，刻度盘与望远镜相连。定量测量衍射角时，固定刻度盘，使用微调螺丝更方便。

5.测量光栅常数时，使光栅槽口垂直于载物台的移动方向。使用螺旋测微机构时，注意消除螺距差。

预习思考问题

1.分光计的主要部分是什么？为什么望远镜的调整是分光计调整的基础和关键？

2.分光计的望远镜应该调到什么状态？

3.光栅在舞台上应该调整到什么状态？

4.如何在调整望远镜时发现并消除视差？

5.分光计设计中如何消除偏心？

实验中的注意事项

1.光谱仪是精密仪器，调节螺丝很多。在了解这些螺丝的功能和用法之前，请不要触摸它们，以免损坏光谱仪。

2.光栅是一种精密光学元件。禁止用手触摸槽口，以免损坏。

3.测量衍射角时，(1)最好固定望远镜，使用微调旋转更方便。(2)从左到右(或从右到左)依次测量+3、+2、+1和-1、-2和-3的条纹位置，分别记录左右光标的读数。

4.用测量显微镜测量光栅常数时，注意消除节距差的影响。