目测法测透射光栅常数.doc

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1m/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：1m/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。目测法测量透射光栅常数一 实验目的：1、通过实验观察光栅的衍射光谱。2、培养我们的逻辑思维能力，分析光栅的分光作用和原理，利用光栅衍射原理测定光栅常数。3、培养我们问题的分析能力和动手操作能力。4、复习数据处理的基本方法。二 实验仪器：光栅（光栅参数为：300/mm） 米尺（1m/0.001m） 激光灯三 实验原理：光栅的衍射普通平面光栅是一块基板玻璃片上,用刻线机划出一组很密的等距的平行线构成的,光射到每一刻痕处便发生散射，刻痕起不透光的作用，光只能从刻痕间透明狭缝中通过，因此，可以反光栅看成一系列密集、均匀而又平行的排列狭缝。光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，而衍射光通过透镜后便互相干涉。设光波波长为，狭缝和刻痕的宽度分别为a 和b ,则通过各狭缝以角度衍射的光，经透镜会聚后如果是相加强时，在其焦平面上就得到明亮的干涉条纹。根据光的干涉条件：光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹。由图（1）可知，衍射光的光程差为，于是，形成亮条纹的条件为：， ， （1）的亮条纹叫中央条纹或零级条纹， 为左右对称分布的一级条纹， 为左右对称的二级条纹，余类推。光栅狭缝与刻痕宽度之和称为光栅常数。若在光栅片上每厘米宽刻有n条刻痕，则光栅狭缝常数。当已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角，通过式（1）即可计算出光栅常数 （2）当入射光是白光时，中央明纹为白色其它同一级的条纹不重合，波长较长的在外，波长较短的在内。四 实验内容及步骤：1、按图布置好光路，启动激光灯 。2、调节好仪器，使激光灯与光栅的连线与墙壁垂直。3、透过光栅观察激光灯，找出零级谱线（与光源重合），并测出光栅到墙壁的垂直距离 ，只需测量一次。4、测定绿光的 的谱线到零级谱线之间的距离 ，平行测量3次，以减小误差。5、根据式 （3）、 （4）,求出 。6、根据式（1）、（2）、（3）、（4）得出光栅常数 ，并测其平均值和标准偏差。五 实验原始数据：一级谱线到零级谱线的距离 (cm)平均读数 (cm)光栅到0级谱线的垂直距离 (cm)六 数据处理谱线K=1级到0级距离的平均值由于 , 利用公式: ，其中，k=1 进行计算：由于测量 的长度所用的工具是毫米钢直尺，其又因为实验中各组数据只测一次,故k=1;则 的不确定度的不确定度 ：在所测数据中各组数据的不确定度为：的不确定度：比较哪个是最大的，然后取最大的计算 的相对不确定度 100%七