光栅常数的实验报告.doc

得分教师签名批改日期一、实验设计方案 1、实验目的 1.1、了解光栅的分光特性； 1.2、掌握什么是光栅常数以及求光栅常数的基本原理与公式； 1.3、掌握一种测量光栅常数的方法。 2、实验原理 2.1、测量光栅常数光栅是由许多等宽度a（透光部分）、等间距b（不透光部分）的平行缝组成的一种分光元件。当波长为的单色光垂直照射在光栅面上时，则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：（a+b）sink=k（k=0，1，2，） （2.1.1）式中a+b=d称为光栅常数，k为光谱级数，k为第k级谱线的衍射角。见图2.1.2，k=0对应于=0，称为中央明条纹，其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。如果入射光不是单色光，则由式（2.1.1）可知，不同，k也各不相同，于是将复色光分解。而在中央k=0，k=0处，各色光仍然重叠在一起，组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布k=1，2，级光谱线，各级谱线都按波长由小到大，依次排列成一组彩色谱线，如图2.1.2所示。根据式（2.1.1），如能测出各种波长谱线的衍射角k，则从已知波长的大小，可以算出光栅常数d；反之，已知光栅常数d，则可以算出波长。本试验则是已知波长求光栅常数。图2.1.2 光栅衍射谱2.2、注意事项 2.2.1、光源必须垂直入射光栅，否则会引起较大的误差。 2.2.2、所有装置尽量处于同一水平面上，这样才能发生明显的衍射。 2.3、实验装置光栅（分光）750接口 钠灯光传感器计算机和数据处理软件DataStudio转动传感器实验装置说明： 钠灯提供光源，光通过光栅后到达屏上，并通过光传感器传到计算机中，我们手动屏，是光传感器能接收并将其数据传到计算机上，而我们转动的角度会通过转动传感器传给计算机（不过要加以计算，有60倍的关系）。2.4、选用仪器实验仪器名称型号主要参数用途750接口CI7650阻抗1 M。最大的有效输入电压范围10 V数据采集处理计算机和DataStudioCI6874数据采集平台、数据处理光谱分光计OS8539钠灯=5396=5390=5393提供光源高灵敏度光传感器CI6604敏感光谱区：320nm1100nm输出电压：05V数据采集转动传感器CI6538数据采集 二、实验内容及具体步骤：1、 测量光栅常数 1.1检查仪器是否齐全、完好，然后打开钠光灯预热（直到显示紫色光时才能使用）。 1.2打开DataStudio 软件，创建一个新实验。1.3在DataStudio 软件的窗口中设置750接口的传感器连接，并设置采样率和测量数据种类。1.4在DataStudio 软件的窗口打开一个图表，选择相应的横坐标和纵坐标（分别是转过的角度和光强）。1.5用钠光灯水平照射光栅，并调节光栅及支架，使其保证在同一水平面上并能发生明显衍射。1.6当在板上能看到明显的衍射时，转动角度盘，同时启动DataStudio 软件采集数据。 1.7用DataStudio 软件进行相关运算（注：转盘转动的角度是板实际转过角度的60倍，所以用此软件处理横坐标y=x/60），再导出图片保存。3、 数据记录及数据处理实验过程中采集数据如下三个图所示：图一图二图三由上三个图可以读出的值： 第一次测量： =20.738 第二次测量： =20.744 第三次测量： = 20.764数据记录如下表格所示：测量次数123（度）20.73820.74420.764 由（a+b）sink=k这个公式可以求出光栅常数，其中a+b=d称为光栅常数，k为光谱级数，k为第k级谱线的衍射角。计算：在实验中我们测量的是第一光谱级数则k=1，=5393=53.93nm用计算器计算每次测量的sink， Sink1=0.354 Sink2=0.354 Sink3=0.355 d1= k/ sink=152.345 d2= k/ sink=152.345 d3= k/ sink=151.915 光栅常数的平均值为 d =（d1+d2+d3）/3=152.202nm4、 实验结论 本实验根据公式（a+b）sink=k（k=0，1，2，）计算出光栅常数为152.202nm。5、 实验总结实验感想：总体说来，这个实验还是完成的不错，但是在实验过程中还是遇到了一些问题，本来这些问题是可以避免的，可以说是由于粗心也可以说是由于没有预习好，在此处提出来，希望自己可以加以改进。首先把750接口处连错了，1、2号通道连反了，所以当时只能记录向自身方向旋转的数据，由此得出，在以后做实验的时候不要偷懒，每一个步骤都要确认自己弄好，不要盲目的认为以前的人做过，所以那些基本的线路连接一定是正确的。经过这次实验，我要彻底的改变这种思想。所谓实验，就是需要自己去研究每一个实验步骤。但是在此处，我还是有一个不明白的地方，不是说750接口的通道是相同的吗？为什么连反了过后只能测单向的光强。这可能是750接口内部结构的原因，在试验过程中我并没有研究出来，这一点，还得老师指导。误差分析与改进：实验结果如上所示，误差还是存在的。虽说此实验用传感器来采集了比较准确的数据，但是我们在进行数据处理的时候，有一个步骤需要我们还读数，找出图中两明条纹之间的距离，这样读数造成了较大的误差，因此，我建议在电脑上取数据