衍射光栅常数与光波长的测量ppt课件.ppt

衍射光栅常数与光波波长的测量 一 实验目的 光栅是一种重要的光学元件 在光谱分析 计量 光通信等领域应用比较广泛 按光路情况 光栅分为透射式和反射式 本实验研究的是透射光栅 即由一组数目很多 等间距紧密平行排列的狭缝组成 1 了解光栅的主要特性及其应用 2 进一步掌握分光计的调整和应用 3 观察光栅衍射现象 学会测量光栅常数 用光栅测光波的波长 1 汞灯 平面镜 光栅 分光计 二 实验装置 分光计 透射光栅 汞灯 2 三 实验原理 1 光栅分光原理 光栅透光部分宽为a 不透光部分宽为b d a b称为光栅常数 波长为 的单色平行光垂直照射光栅时 出射角 满足如下光栅方程时 得到衍射主极大 光栅常数d 波长 以及衍射角 三个量 已知其中两个 则第三个可由光栅方程求得 3 本实验用分光计的准直管获得平行光 垂直照射光栅后的衍射图样通过望远镜的物镜聚焦到分划板上 进行观察和读数 使用复色光源时 由光栅方程 各衍射级次中不同波长成分的衍射角 不同 从而获得分光 本实验采用低压汞灯能发出四种不同波长的光 紫光波长 紫 4358A0 绿光波长 绿 5461A0 黄光波长 黄1 5770A0 黄光波长 黄2 5791A0 4 绿 1级 绿 1级 黄1 1级 黄2 1级 黄2 1级 黄1 1级 本实验通过测量绿光 波长已知 的衍射角可计算出光栅常数d 再通过测量紫光 双黄线的衍射角 可计算出紫光和两种黄光的波长 5 2 谱线半角宽度 条纹细 特别注意 k级主极大左是kN 1 右kN 1级极小 6 中心角距离 半角宽 瑞利判据 光栅的分辨本领 3 光栅的分辨本领 两条谱线 两个主极大 的角间距 谱线本身的半角宽 光栅的分辨本领与谱线的级次和光栅的缝数成正比 当要求在某一级次的谱线上提高光栅的分辨本领时 必须增大光栅的总缝数 这就是光栅之所以要刻上上万条甚至几十万条刻痕的原因 7 调节分光计 平行光管产生平行光 平行光管的狭缝位于其物镜焦平面上 且光轴与仪器主轴垂直 望远镜能接受平行光 分划板位于物镜焦平面上 且光轴与仪器主轴垂直 载物台平面与仪器主轴垂直 四 实验内容及要求 8 调节光栅 望远镜及平行光管均与光栅平面垂直 三线合一 9 光栅刻线与仪器主轴平行 转动望远镜 观察 1级 2级各级衍射主极大 看它们是否等高 若不等高 调节B3螺钉使它们等高 注意 测量之前务必把望远镜与外刻度盘固定在一起 10 测量衍射角 以绿光为例 转动望远镜 使 2级与分划板垂线重合 读角位置 1和 1 再测 2级角位置 2和 2 则1级绿光的衍射角 为 测量时 从最右端的黄2光开始 依次测黄2 黄1 绿光 紫光 直到最左端的黄2光 光栅衍射光谱示意图 11 左边绿色光谱 右边绿色光谱 0 白色光谱 右游标 左游标 12 测量顺序 测量顺序 五 实验数据记录与数据处理要求 13 以绿光的衍射角计算光栅常数d及其不确定度 正确表示结果 绿光波长为546 1nm 光栅常数d u d 求紫光 黄1和黄2四种波长三条谱线的波长 u 二级 计算紫光 绿光 黄1和黄2四种波长成分的衍射角 其不确定度只考虑B类 以仪器示值误差限为1 计 14 以黄色双线的夹角计算光栅的角色散率并与理论值比较 注意单位 注意事项 对光学仪器及光学元件表面 不能用手触摸 小心使用勿损坏 使用分光计时 一切紧固用的螺钉 该紧固时应紧固 该松开时应松开 如当止动螺钉未紧固时 调微动螺钉则不起作用 转动望远镜时 若没有松开紧固螺钉而用力转动 将使分光计的中心轴产生伤痕 而这种损伤在外表都看不到 使用分光计时 注意角游标的读数 游标经过360 即0 时 读数应修正 加360 或减360 因此当望远镜对准平行光管时 可把刻度盘的读数调在90 及270 左右 注意 测量时 一口气 测完 中途不走开 不讲话 望远镜一个方向偏转 不回头 15 实验报告基本要求 字迹清晰 文理通顺 图表正确 数据完备和结论明确内容包括 1 实验名称 2 实验目的 3 实验仪器 型号名称 重要参数 4 实验原理 原理阐述 原理图 光路图 主要计算公式 5 实验步骤 6 数据处理 原始数据重新列表并计算处理 7 实验结论 测量结果报导 8 误差分析 重要实验误差来源 9 思考题 试说明光栅分光和棱镜分光 所产生的光谱有何区别 用公式dsin k k 测d和 时 实验要保证什么条件 如何实现 当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象 为什么 10 教师签字数据 16 数据处理要求案例 17 光栅常数 18 各光波波长 本实验采用低压汞灯能发出四种不同波长的光 紫光波长 紫 4358A0 绿光波长 绿 5461A0 黄光波长 黄1 5770A0 黄光波长 黄2 5791A0 所用光栅规格为每毫米300刻线 有测量结果可知 利用光栅衍射级次高的谱线测量 可以提高测量的准确度 19 20 实验数据处理 测量结果与数据分析 光栅受光宽度 21 问题讨论 比较光栅光谱与棱镜光谱的异同 棱镜光谱 利用材料对不同色光的折射率