簡易分光器の製作
目的： 簡易分光器を自作し、いろいろな光源のスペクトルを観察・測定する。
さらに、右の実験を参考にして、回折格子の格子定数を測定してみよ。
準備： 回折格子レプリカ、適当な大きさの箱（図の大きさ、形状を参考に）
黒ポスターカラー（できるだけ光沢の少ないものが良い）
※箱は新たに作っても良いが、内面を黒く塗ってから組み立てる。
（厚紙、カッター、糊、セロハンテープなど）
２）スリット部分には直径 2 cm 程度の穴をあけておき、厚めのアルミ箔に
スリットを切り込んだものを貼り付けると、位置の調節・変更がしやすい。
注：スリットの長さは 1 cm 程度で、あまり長くしない方がよい。
スリットの幅は 0.5〜1.0 mm 程度にする。幅が広いほど明るいスペクトルが
見られるが、輝線の幅が太くなって分解能は下がるので、波長の測定が不正確
になる。（いくつか試して見よ）
３）のぞき窓には、回折格子レプリカを方向に注意して貼り付ける。
回折格子の溝の方向が、スリットの方向と平行になるようにする。
スリットを明るい方に向けて、のぞき窓に付けたレプリカを回転させながら
箱の右奥にスペクトルが正しく見えるようにしてからレプリカを固定する。
注：スリットとレプリカを結ぶ線が辺ａと平行になるようにする。
備考：
・箱の右奥のスペクトルが見える位置に横長の切り込みを作って、グラフ
用紙を貼り付けると、回折角を測定するときに便利である。
（ただし、この切り込みは大きすぎると、この光のためにスペクトルが
測定しにくくなるので、できるだけ小さくとること。）
実験：
２）用いた回折格子の線の間隔ｄはいくらか。
ｄ・ｓｉｎθ ＝ λ
の関係から求めよ。ただし、ナトリウムのＤ線の波長は 590 nm とする。
ａ＝ cm 、 ｘ＝ cm
ｄ＝
３） 水素や水銀のスペクトル管の光に含まれている輝線スペクトルについて
同様の方法で測定してみよ。
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ｘ
( cm ) |
ｓｉｎθ
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波長 λ
( nm ) |
備 考
（光源、色など） |
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考察：
１） 右奥にスペクトルが見えるのは、どのような原理によるか。
スリットに近い方が何色になっているか、などから考えよ。
２） 白熱電灯、蛍光灯、太陽光線のスペクトルはどのように異なっているか。
白熱電灯：
蛍光灯 ：
太陽光線：
３） スリットを取り替えるなどして改良を工夫してみよ。
簡易分光器の製作 （教師用）
目的： 簡易分光器を自作し、いろいろな光源のスペクトルを観察・測定する。
さらに、右の実験を参考にして、回折格子の格子定数を測定してみよ。
準備： 回折格子レプリカ、適当な大きさの箱（図の大きさ、形状を参考に）
黒ポスターカラー（できるだけ光沢の少ないものが良い）
※箱は新たに作っても良いが、内面を黒く塗ってから組み立てる。
（厚紙、カッター、糊、セロハンテープなど）
２）スリット部分には直径 2 cm 程度の穴をあけておき、厚めのアルミ箔に
スリットを切り込んだものを貼り付けると、位置の調節・変更がしやすい。
注：スリットの長さは 1 cm 程度で、あまり長くしない方がよい。
スリットの幅は 0.5〜1.0 mm 程度にする。幅が広いほど明るいスペクトルが
見られるが、輝線の幅が太くなって分解能は下がるので、波長の測定が不正確
になる。（いくつか試して見よ）
３）のぞき窓には、回折格子レプリカを方向に注意して貼り付ける。
回折格子の溝の方向が、スリットの方向と平行になるようにする。
スリットを明るい方に向けて、のぞき窓に付けたレプリカを回転させながら
箱の右奥にスペクトルが正しく見えるようにしてからレプリカを固定する。
注：スリットとレプリカを結ぶ線が辺ａと平行になるようにする。
備考：
・箱の右奥のスペクトルが見える位置に横長の切り込みを作って、グラフ
用紙を貼り付けると、回折角を測定するときに便利である。
（ただし、この切り込みは大きすぎると、この光のためにスペクトルが
測定しにくくなるので、できるだけ小さくとること。）
２）用いた回折格子の線の間隔ｄはいくらか。
ｄ・ｓｉｎθ ＝ λ
の関係から求めよ。ただし、ナトリウムのＤ線の波長は 590 nm とする。
３） 水素や水銀のスペクトル管の光に含まれている輝線スペクトルについて
同様の方法で測定してみよ。
|
ｘ
( cm ) |
ｓｉｎθ
|
波長 λ
( nm ) |
備 考
（光源、色など） |
１０．８ |
０．３２５３ |
６１６ |
蛍光灯 橙赤 |
９．５ |
０．２８９６ |
５４８ |
〃 緑 |
７．４
|
０．２２９４
|
４３４
|
〃 青（藍）
|
|
考察：
１） 右奥にスペクトルが見えるのは、どのような原理によるか。
スリットに近い方が何色になっているか、などから考えよ。
２） 白熱電灯、蛍光灯、太陽光線のスペクトルはどのように異なっているか。
白熱電灯： 連続スペクトル、青紫色の成分は少ない。
蛍光灯 ： おおむね連続しているが、何本かの特に明るい線がある。
太陽光線： 連続スペクトルの中に暗線が見られる。
３） スリットを取り替えるなどして改良を工夫してみよ。
補足説明
１ 留意点
・回折格子レプリカは安価であるが、１枚のシートでも使う場所によってはかなり品質
にばらつきがあるので注意が必要である。
・レプリカとスリットを結ぶ線が辺ａと直行していない場合でも計算はできるが、かな
り煩雑になり、関数電卓や表計算ソフトなどが必要になるので、直進光が格子と直交
するように箱を作っておくのが望ましい。
・有効数字２桁の測定は容易であるが、３桁の精度は非常に困難である。
・太陽、Ｎａランプなどの強い光源の直接光を長時間眼に入れないようにする。
２ 観測しやすいスペクトル（可視光線）の波長
Ｈ ( nm ) Ｈｇ ( nm )
６５６ ６２３
４８６ ５８９
４３４ ５８０
４１０ ５７９
５７７
５４６
Ｎａ ４３６
５８９ ４３５
５９０
３ 実験例（蛍光灯）
教師用実験例の蛍光灯については、可視光全域に連続したスペクトルが見えるが、
数カ所に特に明るい線が観測される。
青紫と緑の２本は対応する水銀のスペクトルが見えていると思われる。
ＮａのＤ線と近いあたりには橙色のぼやけて広がったスペクトルが見える。これは、
水銀の５７０ nm から５９０ nm あたりの輝線が見えていると思われるが、分離して
波長を決定することは難しい。
橙赤部分の輝線は対応する水銀の波長を特定しにくく、蛍光塗料の働きによるスペク
トルのものではないかと思われる。
