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：51
实验地点：基础实验大楼座位号：
四、实验内容和步骤：
1．分光计的调整：
调整分光计就是要达到望远镜聚焦于无穷远处；望远镜和平行光管的中心光轴一定要与分光计的中心轴相互垂直，平行光管射出的光是平行光。
（1）调望远镜聚焦于无穷远处
目测粗调：由于望远镜的视场角较小，开始一般看不到反射象。因此，先用目视法进行粗调，使望远镜光轴、平台大致垂直于分光计的转轴。然后打开小灯的电源，放上双面镜（为了调节方便，应将双面镜放置在平台上任意两个调节螺丝的中垂线上，且镜面与平台面基本垂直），转动平台，使从双面镜正、反两面的反射象都能在望远镜中看到。若十字象偏上或偏下，适当调节望远镜的倾斜度和平台的底部螺丝，使两次反射象都能进入望远镜中。
用自准直法调节望远镜：经目测粗调，可以在望远镜中找到反射的十字象。然后通过调节望远镜的物镜和分划板间的距离，使十字象清晰，并且没有视差（当左右移动眼睛时，十字象与分划板上的叉丝无相对移动），说明望远镜已经聚焦到无穷远处，既平行光聚焦于分划板的平面上。
（2）调望远镜光轴垂直于仪器转轴
利用自准法可以分别观察到两个亮十字的反射象。如果望远镜光轴与分光计的中心轴相垂直，而平面镜反射面又与中心轴平行，则转动载物平台时，从望远镜中可以两次观察到由平面镜前后两个面反射回来的亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和。如果不重合，而是一个偏低，一个偏高，可以通过半调整法来解决，即先调节望远镜的高低，使亮十字象与分划板准线上部十字线的距离为原来的一半，再调节载物平台下的水平调节螺丝，消除另一半距离，使亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和。将载物平台旋转180度，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节，如此反复调整，直至从平面镜两表面反射回来的亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和为止。
（3）调节平行光管产生平行光
用已调好的望远镜作为基准，正对平行光管观察，并调节平行光管狭缝与透镜的距离，使望远镜中能看到清晰的狭缝象，且象与叉丝无视差。这时平行光管发出的光既为平行光，然后调节平行光管的斜度螺丝，使狭缝居中，上下对称，即平行光管光轴与望远镜光轴重合，都垂直于仪器转轴。
2．调节光栅方位及测量：
（1）分光计调节好后可将光栅按双面镜的位置放好，适当调节使从光栅面反射回来的亮十字象与分划板准线上部十字线完全重和。
（2）从中央条纹（即零级谱线）左侧起沿一个方向向左移动望远镜，使望远镜中的叉丝依次与第一级衍射光谱中的绿线相重合，记下对应位置的读数，再移动望远镜，越过中央条纹，依次记录右侧第一级衍射光谱中的绿线位置对应的读数。为了减少误差，再从右侧开始，重测一次。
五、数据处理：
衍射光谱级数
-1 1 -2 2 左侧衍射光角坐标θ左
18º10＇ 349º40＇ 27º00＇ 339º30＇ 右侧衍射光角坐标θ右
198º10＇ 169º40＇ 207º55＇ 159º30＇ 六、数据处理
6.1 d 和λ不确定度的推导
（1）d 的不确定度
（2）λ的不确定度
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 λϕ=，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：
20 o15＇,d=3349nm代入，可得
对波长较长的黄光：ϕ
m=
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：
代入数据：m=2,δ= 39o51＇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。
