《目测法测量光栅常数》.doc

评分： 大学物理实验设计性实验实 验 报 告实验题目： 目测法测量光栅常数 班 级： 电信06-1 姓 名： 李 培 辛 学号： 18 指导教师： 王 德 明 茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期：2007年 11月29日实验17 目测法测透射光栅常数实验提要实验课题及任务目测法测透射光栅常数实验课题任务是，给定一个光栅和光源(如汞灯、钠灯或激光器等)，根据光源的已知光谱，在没有分光计和其它测量仪器的情况下，仅利用米尺和自制实验器材，结合直接目视法，测量透射光栅的光栅常数。该实验还可以已知光栅常数测量未知谱线的波长。学生根据自己所学知识，设计出目测法测透射光栅常数的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果。按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。设计要求 通过在实验室用目测的方式观察光栅的衍射现象，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出光栅方程与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据光栅方程和待测物理量的关系推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。) 选择实验测量仪器，仅限于光栅、米尺(10m/0.005m或3m/0.001m)、光源(汞灯、钠灯或激光器)的选择，可以自制辅助器件。 设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 测量时那些物理量可以测量一次，那些物理量必须得多次测量，说明原理。 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。实验仪器的选择及提示 光栅：实验室给定，光栅参数为：300/mm 米尺：3m/0.001m或10m/0.005m任选， 光源：钠灯、汞灯、激光器，任选。 可以自制实验器材，如带刻度的条型光屏，也可以借助现有实验室的条件。实验所用公式及物理量符号提示 光栅方程: (k=0、1、2、3、)式中(其中为光栅缝宽，为相邻缝间不透明部分的宽度)为相邻狹缝之间的距离，称为光栅常数，为光波波长，为衍射光谱线的级次。 用表示谱线到0级谱线的距离，用表示光栅到0级谱线的垂直距离。评分参考(10分) 通过观察实验现象，找出实验规律，画出光路图，1.5分； 正确的写出实验原理和计算公式，2分； 正确的选用仪器和测量方法，1分； 写出实验内容及步骤，2分； 制作实验器材和实验室条件的合理应用，1分； 写出完整的实验报告，2.5分；(其中实验数据处理，1分、实验结果，0.5分，整体结构，1分)学时分配实验验收， 3学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告2学时； 提交整体设计方案时间学生自选题后23周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版，用电子邮件发到指导教师的电子邮箱里。思考题 光栅与光源之间的距离多远比较合适？ 眼睛与光栅的距离对测量有没有影响？ 光屏和光源是否一定要在一个平面内？ 光栅与光屏的距离测量，该实验应采用单次测量还是多次测量？单次测量能否满足测量精度的要求？参考文献参阅各实验书籍中的夫琅和菲衍射原理及光栅衍射原理。几何光学，人眼睛的光学原理。目测法测透射光栅常数（电信06-1 李培辛）一 目的要求1.了解光栅的主要特性2.掌握测光栅常数的方法3.培养我们的思考能力和操作能力。二 仪器用具卷尺，透射光栅（光栅参数为：300/mm），汞灯, 纸带三 实验原理对光栅中每一条透光缝,由于衍射,都将在屏幕上呈现衍射图样.而由于各缝发出的衍射光都是相干光,所以还会产生缝与缝之间的干涉效应,因此,光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果.入射光OQ图1(透射式平面衍射光栅截面示意图)图1为透射式平面衍射光栅实验的示意图.设不透光的宽度为a，透光宽度为b,则式d=(a+b) (1)为相邻两缝之间的距离,叫做光栅常数.一般光栅常数药为10-5 10-6m 的数量级.在上图中,试选取任意相邻两透光缝来分析,设这相邻两缝发出的沿衍射角方向的光,被透镜会聚于点Q,若它们的光程差(a+b)sin恰好是入射光波长的整数倍,由式dsin=k可知,这两光线为干涉加强,显然,其他任意相邻两缝沿方向光程差也等于的整数倍,它们的干涉效果也都是相互加强的.所以总起来看,光栅衍射明条纹的条件是衍射角必须满足下列关系式:(a+b)sin=k,k=0,1,2,. (2)上式通常称为光栅方程.式中对应于k=0的条纹叫中央明纹.k=1,2,.的明纹分别叫第一级明纹,第二级明纹. .明纹.正负号表示各级明纹对称分布在中央明纹两侧.光栅常数的测量该实验其实是人的眼睛透过光栅观察激光,由于灯光透过光栅发生衍射,使人看到有多个像在激光灯两边,这些像其实是虚像.如图3所示： 图3在实验中我们需要测零级条纹到级条纹的距离，光栅到墙壁垂直距离，则可求得光栅到级条纹的距离为： （2）其中： （3）由图（3）光路图可得： （4）由公式（1）、（2）、（3）可得光栅常数 （5）四、实验内容及步骤：1、按图布置好光路。2、调节好仪器，使激光灯与光栅的连线与墙壁垂直。3、透过光栅观察墙壁，找出零级谱线（与光源重合），并测出光栅到墙壁的垂直距离，每次测量后改变距离，重复改变三次。 4、每改变一次，测定光的的谱线到零级谱线之间的距离5、根据式（2）、（3）、（4）,求出,再根据式（5）求出，并求其平均值和标准偏差。五、数据记录和处理：红光波长623.44nm 内容 次数 123六.实验结果与表达:实验结果用标准的实验结果表达七 思考题 光栅与光源之间的距离多远比较合适？激光光源照射反射光栅的角度在什么范围内较合适？改变光源和光栅的距离是否对衍射花样有影响？ 光栅与光屏的距离测量，该实验应采用单次测量还是多次测量？单次测量能否满足测量精度的要求？联系电话29471272目测法测透射光栅常数的实验报告一 实验目的1.了解光栅的主要特性2.掌握测光栅常数的方法3.培养我们的思考能力和操作能力。二 实验仪器 平面透射光栅（光栅参数为：300/mm） 卷尺（精度1mm） 汞灯 纸带三 数据处理1.光的的谱线到零极谱线的距离 内容 次数 178.0015.3515.1515.253249.122102.8020.1720.1020.1353243.483120.0023.4523.2823.3653262.05 2查表得：红光波长红=623.44 nm平均值：平均值的标准偏差为：的相对不确定度四 实验结果表达 五 思考题 光栅与光屏之间的距离多远比较合适？答：为了使测量各级亮纹与中央明纹的距离较为准确，而又不太浪费光屏纸，光栅与光屏之间的距离应选在0.3m至60m之间比较合适。 激光光源照射反射光栅的角度在什么范围内较合适？答：最好能保持激光光源与反射光栅垂直。这样能简化光栅方程的计算量，减少误差。 改变光源和光栅的距离是否对衍射花样有影响？ 答： 因为改变光源和光栅的距离，会使激光束的衍射角发生变化，从而改变衍射花样。 光栅与光屏的距离测量，该实验应采用单次测量还是多次测量？单次测量能否满足测量精度的要求？答：该实验应采用多次测量，单次测量也可以满足实验测量精度的要求，因为由公式可知、对的影响较小。六 误差分析1、光线有角度照射在光栅上，其入射角不为零，即i0，d= k/(sin+ sini), 分母大了，那么d的值小了。2、本实验是通过肉眼观察光斑的位置来进行测量，由于光线对观察者的眼影响，使得亮斑会变模糊，或者视线与光斑的反向线存在夹角，以致在纸带做标记没有做在亮斑中点，使Si 变大或变小，根据d= k/Si，d就有了误差。3、在测量S时，卷尺没有拉直，造成S偏大，根据d= k/Si，d偏大。七 心得体会 通过本次实验，我对光栅有了深一层的了解，同时我尝试过去设计一个实验，在进行这次设计性实验准备工作时遇到了不少困难，不过