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篇一 用分光計(jì)和透射光柵測光波波長物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
用分光計(jì)和透射光柵測光波波長物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
觀察光柵的衍射光譜，掌握用分光計(jì)和透射光柵測光波波長的方法。
實(shí)驗(yàn)儀器
分光計(jì)，透射光柵，鈉光燈，白熾燈。
實(shí)驗(yàn)原理
光柵是一種非常好的分光元件，它可以把不同波長的光分開并形成明亮細(xì)窄的譜線。
光柵分透射光柵和反射光柵兩類，本實(shí)驗(yàn)采用透射光柵，它是在一塊透明的屏板上刻上大量相互平行等寬而又等間距刻痕的元件，刻痕處不透光，未刻處透光，于是在屏板上就形成了大量等寬而又等間距的狹縫?？毯酆酮M縫的寬度之和稱為光柵常數(shù)，用d 表示。
由光柵衍射的理論可知，當(dāng)一束平行光垂直地投射到光柵平面上時，透過每一狹縫的光都會發(fā)生單縫衍射，同時透過所有狹縫的光又會彼此產(chǎn)生干涉，光柵衍射光譜的強(qiáng)度由單縫衍射和縫間干涉兩因素共同決定。用會聚透鏡可將光柵的衍射光譜會聚于透鏡的焦平面上。凡衍射角滿足以下條件， ±1， ±2， …的.衍射光在該衍射角方向上將會得到加強(qiáng)而產(chǎn)生明條紋，其它方向的光將全部或部分抵消。式（10）稱為光柵方程。式中d為光柵的光柵常數(shù)，θ為衍射角，λ為光波波長。當(dāng)k=0時，θ= 0得到零級明紋。當(dāng)k = ±1， ±2 …時，將得到對稱分立在零級條紋兩側(cè)的一級，二級 … 明紋。
實(shí)驗(yàn)中若測出第k級明紋的衍射角θ，光柵常數(shù)d已知，就可用光柵方程計(jì)算出待測光波波長λ。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟
分光計(jì)的調(diào)整
分光計(jì)的調(diào)整方法見實(shí)驗(yàn)1。
用光柵衍射測光的波長
（1）要利用光柵方程（10）測光波波長，就必須調(diào)節(jié)光柵平面使其與平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。
先用鈉光燈照亮平行光管的狹縫，使望遠(yuǎn)鏡目鏡中的分劃板上的中心垂線對準(zhǔn)狹縫的像，然后固定望遠(yuǎn)鏡。將裝有光柵的光柵支架置于載物臺上，使其一端對準(zhǔn)調(diào)平螺絲a ，一端置于另兩個調(diào)平螺絲b、c的中點(diǎn)，如圖12所示，旋轉(zhuǎn)游標(biāo)盤并調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲b或c ，當(dāng)從光柵平面反射回來的“十”字像與分劃板上方的十字線重合時，如圖13所示，固定游標(biāo)盤。
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圖12 光柵支架的位置 圖13 分劃板
（2）調(diào)節(jié)光柵刻痕與轉(zhuǎn)軸平行。
用鈉光燈照亮狹縫，松開望遠(yuǎn)鏡緊固螺絲，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡可觀察到0級光譜兩側(cè)的±1、±2 級衍射光譜，調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲a （不得動b、c）使兩側(cè)的光譜線的中點(diǎn)與分劃板中央十字線的中心重合，即使兩側(cè)的光譜線等高。重復(fù)（1）、（2）的調(diào)節(jié)，直到兩個條件均滿足為止。
（3）測鈉黃光的波長
① 轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，找到零級像并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ0和θ0/，并記入表4 中。
② 右轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ右和θ右/，并記入表4中。
③ 左轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到另一側(cè)的一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ左和θ左/，并記入表4中。
觀察光柵的衍射光譜。
將光源換成復(fù)合光光源（白熾燈）通過望遠(yuǎn)鏡觀察光柵的衍射光譜。
注意事項(xiàng)
分光計(jì)的調(diào)節(jié)十分費(fèi)時，調(diào)節(jié)好后，實(shí)驗(yàn)時不要隨意變動，以免重新調(diào)節(jié)而影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)用的光柵是由明膠制成的復(fù)制光柵，衍射光柵玻璃片上的明膠部位，不得用手觸摸或紙擦，以免損壞其表面刻痕。
轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡前，要松開固定它的螺絲；轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡時，手應(yīng)持著其支架轉(zhuǎn)動，不能用手持著望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動。
數(shù)據(jù)記錄及處理
表4 一級譜線的衍射角
零級像位置
左傳一級像
位置
偏轉(zhuǎn)角
右轉(zhuǎn)一級像
位置
偏轉(zhuǎn)角
偏轉(zhuǎn)角平均值
光柵常數(shù)
鈉光的波長λ0 = 589·
根據(jù)式（10） k=1， λ
相對誤差
思考題
1 什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？
2 分光計(jì)的主要部件有哪四個？分別起什么作用？
3 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計(jì)中心軸時很重要的一項(xiàng)工作是什么？如何才能確保在望遠(yuǎn)鏡中能看到由雙面反射鏡反射回來的綠十字叉絲像？
4 為什么利用光柵測光波波長時要使平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸與光柵平面垂直？
5 用復(fù)合光源做實(shí)驗(yàn)時觀察到了什么現(xiàn)象，怎樣解釋這個現(xiàn)象？
用分光計(jì)和透射光柵測光波波長物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
篇二 物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告《用分光計(jì)和透射光柵測光波波長》
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
觀察光柵的衍射光譜，掌握用分光計(jì)和透射光柵測光波波長的方法。
【實(shí)驗(yàn)儀器】
分光計(jì)，透射光柵，鈉光燈，白熾燈。
【實(shí)驗(yàn)原理】
光柵是一種非常好的分光元件，它可以把不同波長的光分開并形成明亮細(xì)窄的譜線。
光柵分透射光柵和反射光柵兩類，本實(shí)驗(yàn)采用透射光柵，它是在一塊透明的屏板上刻上大量相互平行等寬而又等間距刻痕的元件，刻痕處不透光，未刻處透光，于是在屏板上就形成了大量等寬而又等間距的狹縫?？毯酆酮M縫的寬度之和稱為光柵常數(shù)，用d 表示。
由光柵衍射的理論可知，當(dāng)一束平行光垂直地投射到光柵平面上時，透過每一狹縫的光都會發(fā)生單縫衍射，同時透過所有狹縫的光又會彼此產(chǎn)生干涉，光柵衍射光譜的強(qiáng)度由單縫衍射和縫間干涉兩因素共同決定。用會聚透鏡可將光柵的衍射光譜會聚于透鏡的焦平面上。凡衍射角滿足以下條件
k = 0， ±1， ±2， … (10)
的衍射光在該衍射角方向上將會得到加強(qiáng)而產(chǎn)生明條紋，其它方向的光將全部或部分抵消。式（10）稱為光柵方程。式中d為光柵的光柵常數(shù)，θ為衍射角，λ為光波波長。當(dāng)k=0時，θ= 0得到零級明紋。當(dāng)k = ±1， ±2 …時，將得到對稱分立在零級條紋兩側(cè)的一級，二級 … 明紋。
實(shí)驗(yàn)中若測出第k級明紋的衍射角θ，光柵常數(shù)d已知，就可用光柵方程計(jì)算出待測光波波長λ。
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】
1．分光計(jì)的調(diào)整
分光計(jì)的調(diào)整方法見實(shí)驗(yàn)1。
2．用光柵衍射測光的波長
（1）要利用光柵方程(10)測光波波長，就必須調(diào)節(jié)光柵平面使其與平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。先用鈉光燈照亮平行光管的狹縫，使望遠(yuǎn)鏡目鏡中的分劃板上的中心垂線對準(zhǔn)狹縫的像，然后固定望遠(yuǎn)鏡。將裝有光柵的光柵支架置于載物臺上，使其一端對準(zhǔn)調(diào)平螺絲a ，一端置于另兩個調(diào)平螺絲b、c的中點(diǎn)，如圖12所示，旋轉(zhuǎn)游標(biāo)盤并調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲b或c ，當(dāng)從光柵平面反射回來的“十”字像與分劃板上方的十字線重合時，如圖13所示，固定游標(biāo)盤。
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圖12 光柵支架的位置 圖13 分劃板
（2）調(diào)節(jié)光柵刻痕與轉(zhuǎn)軸平行。用鈉光燈照亮狹縫，松開望遠(yuǎn)鏡緊固螺絲，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡可觀察到0級光譜兩側(cè)的±1、±2 級衍射光譜，調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲a （不得動b、c）使兩側(cè)的光譜線的中點(diǎn)與分劃板中央十字線的中心重合，即使兩側(cè)的光譜線等高。重復(fù)（1）、（2）的調(diào)節(jié)，直到兩個條件均滿足為止。
（3）測鈉黃光的波長
① 轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，找到零級像并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ0和θ0/，并記入表4 中。
② 右轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ右和θ右/，并記入表4中。
③ 左轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到另一側(cè)的一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ左和θ左/，并記入表4中。
3．觀察光柵的衍射光譜。
將光源換成復(fù)合光光源（白熾燈）通過望遠(yuǎn)鏡觀察光柵的衍射光譜。
【注意事項(xiàng)】
1．分光計(jì)的調(diào)節(jié)十分費(fèi)時，調(diào)節(jié)好后，實(shí)驗(yàn)時不要隨意變動，以免重新調(diào)節(jié)而影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。
2．實(shí)驗(yàn)用的光柵是由明膠制成的復(fù)制光柵，衍射光柵玻璃片上的明膠部位，不得用手觸摸或紙擦，以免損壞其表面刻痕。
3．轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡前，要松開固定它的螺絲；轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡時，手應(yīng)持著其支架轉(zhuǎn)動，不能用手持著望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動。
【數(shù)據(jù)記錄及處理】
表4 一級譜線的衍射角
零級像位置
左傳一級像
位置
偏轉(zhuǎn)角
右轉(zhuǎn)一級像
位置
偏轉(zhuǎn)角
偏轉(zhuǎn)角平均值
光柵常數(shù)
鈉光的波長λ0 = 589·3 nm
根據(jù)式（10） K=1， λ= d sin 1=
相對誤差
【思考題】
1． 什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？
2． 分光計(jì)的主要部件有哪四個？分別起什么作用？
3． 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計(jì)中心軸時很重要的一項(xiàng)工作是什么？如何才能確保在望遠(yuǎn)鏡中能看到由雙面反射鏡反射回來的綠十字叉絲像？
4． 為什么利用光柵測光波波長時要使平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸與光柵平面垂直？
5． 用復(fù)合光源做實(shí)驗(yàn)時觀察到了什么現(xiàn)象，怎樣解釋這個現(xiàn)象？
篇三 物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告《分光計(jì)的調(diào)整和三棱鏡頂角的測定》
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
1． 了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用方法；
2． 利用分光計(jì)測定三棱鏡的頂角；
【實(shí)驗(yàn)儀器】
分光計(jì)，雙面平面反射鏡，玻璃三棱鏡。
【實(shí)驗(yàn)原理】
如圖6所示，設(shè)要測三棱鏡AB面和AC面所夾的頂角a，只需求出j即可，則a＝1800－j。
圖6 測三棱鏡頂角
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】
一、分光計(jì)的調(diào)整
（一）調(diào)整要求：
1．望遠(yuǎn)鏡聚焦平行光，且其光軸與分光計(jì)中心軸垂直。
2．載物臺平面與分光計(jì)中心軸垂直。
（二）望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)
1．目鏡調(diào)焦
目鏡調(diào)焦的目的是使眼睛通過目鏡能很清楚地看到目鏡中分劃板上的刻線和叉絲，調(diào)焦辦法：接通儀器電源，把目鏡調(diào)焦手輪12旋出，然后一邊旋進(jìn)一邊從目鏡中觀察，直到分劃板刻線成像清晰，再慢慢地旋出手輪，至目鏡中刻線的清晰度將被破壞而未被破壞時為止。旋轉(zhuǎn)目鏡裝置11，使分劃板刻線水平或垂直。
2．望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦
望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦的目的是將分劃板上十字叉絲調(diào)整到焦平面上，也就是望遠(yuǎn)鏡對無窮遠(yuǎn)聚焦。其方法如下：將雙面反射鏡緊貼望遠(yuǎn)鏡鏡筒，從目鏡中觀察，找到從雙面反射鏡反射回來的光斑，前后移動目鏡裝置11，對望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，使綠十字叉絲成像清晰。往復(fù)移動目鏡裝置，使綠十字叉絲像與分劃板上十字刻度線無視差，最后鎖緊目鏡裝置鎖緊螺絲?10 .
（三）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計(jì)中心軸（各調(diào)一半法）
調(diào)節(jié)如圖7?所示的載物臺調(diào)平螺絲?b?和?c?以及望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13，使分別從雙面反射鏡的兩個面反射的綠十字叉絲像皆與分劃板上方的十字刻度線重合，如圖8（a）所示。此時望遠(yuǎn)鏡光軸就垂直于分光計(jì)中心軸了。具體調(diào)節(jié)方法如下：
（1）將雙面反射鏡放在載物臺上，使鏡面處于任意兩個載物臺調(diào)平螺絲間連線的中垂面，如圖7所示。
圖7 用平面鏡調(diào)整分光計(jì)
（2）目測粗調(diào)。用目測法調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺絲7及望遠(yuǎn)鏡、平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13、29，使載物臺平面及望遠(yuǎn)鏡、平行光管光軸與分光計(jì)中心軸大致垂直。
由于望遠(yuǎn)鏡視野很小，觀察的范圍有限，要從望遠(yuǎn)鏡中觀察到由雙面反射鏡反射的光線，應(yīng)首先保證該反射光線能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。因此，應(yīng)先在望遠(yuǎn)鏡外找到該反射光線。轉(zhuǎn)動載物臺，使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙面反射鏡的法線成一小角度，眼睛在望遠(yuǎn)鏡外側(cè)旁觀察雙面反射鏡，找到由雙面反射鏡反射的綠十字叉絲像，并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲?13?及載物臺調(diào)平螺絲?b?和?c?，使得從雙面反射鏡的兩個鏡面反射的綠十字叉絲像的位置應(yīng)與望遠(yuǎn)鏡處于同一水平狀態(tài)。
（3）從望遠(yuǎn)鏡中觀察。轉(zhuǎn)動載物臺，使雙面反射鏡反射的光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡內(nèi)。此時在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)出現(xiàn)清晰的綠十字叉絲像，但該像一般不在圖8（a）所示的準(zhǔn)確位置，而與分劃板上方的十字刻度線有一定的高度差，如圖8（b）所示。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13，使高度差?h?減小一半，如圖8（c）所示；再調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺絲b?或c，使高度差全部消除，如圖8（d）所示。再細(xì)微旋轉(zhuǎn)載物臺使綠十字叉絲像和分劃板上方的十字刻度線完全重合，如圖8（a）所示。
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圖（8） 各調(diào)一半法
（4）旋轉(zhuǎn)載物臺，使雙面反射鏡轉(zhuǎn)過180°，則望遠(yuǎn)鏡中所看到的綠十字叉絲像可能又不在準(zhǔn)確位置，重復(fù)（3）所述的各調(diào)一半法，使綠十字叉絲像位于望遠(yuǎn)鏡分劃板上方的十字刻度線的水平橫線上。
（5）重復(fù)上述步驟（3）（4），使經(jīng)雙面反射鏡兩個面反射的的綠十字叉絲像均位于望遠(yuǎn)鏡分劃板上方的十字刻度線的水平橫線上。
至此，望遠(yuǎn)鏡的光軸完全與分光計(jì)中心軸垂直。此后，望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲13不能再任意調(diào)節(jié)！
二、三棱鏡頂角的測定
1．待測件三棱鏡的調(diào)整
如圖9（a）放置三棱鏡于載物臺上。轉(zhuǎn)動載物臺，調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺絲（此時不能調(diào)望遠(yuǎn)鏡），使從棱鏡的二個光學(xué)面反射的綠十字叉絲像均位于分劃板上方的十字刻度線的水平橫線上，達(dá)到自準(zhǔn)。此時三棱鏡兩個光學(xué)表面的法線均與分光計(jì)中心軸相垂直。
圖9 三棱鏡的調(diào)整
2．自準(zhǔn)法測定三棱鏡頂角
將三棱鏡置于載物臺中央，鎖緊望遠(yuǎn)鏡支架與刻度盤聯(lián)結(jié)螺絲?22?及載物臺鎖緊螺絲?8?，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡支架?15?，或轉(zhuǎn)動內(nèi)游標(biāo)盤?16?，使望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)?AB?面，在自準(zhǔn)情況（綠十字叉絲像和分劃板上方的十字刻度線完全重合）下，從兩游標(biāo)讀出角度 ?和 ?；同理轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)?AC?面，自準(zhǔn)時讀角度? ?和? ，將結(jié)果填入表2中。由圖9（b）中的光路和幾何關(guān)系可知，三棱鏡的頂角
（2）
【數(shù)據(jù)記錄及處理】
表2 自準(zhǔn)法（或反射法）測頂角數(shù)據(jù)表格
次數(shù) 游標(biāo)1 游標(biāo)2
