光栅测波长.docx

光栅测波长1.实验目的（1）学习调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。（2）学习利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。（3）理解角色散与分辨本领的意义及测量方法。2.实验仪器JJY分光仪（1）、光栅、平行平面反射镜、汞灯3.实验原理：1.光栅方程当一束波长为的平行光垂直照射在光栅上时，如图所示，每一个狭缝透过的光都要发生衍射，向各个方向传播。经过光栅衍射，与光栅面法线成角的平行光，经过透镜后汇聚于透镜焦平面出屏上一点P ，角称为衍射角。由于光栅上各狭缝是等间距的，所以沿角方向的相邻光束间的光程差都等于dsin,因为光程差一定，它们彼此之间将会发生干涉。当沿角方向传播的相邻光束间光程差dsin等于入射光波长的整数倍时，各缝射出的、聚焦于屏上P 点的光因相干叠加得到加强，形成明条纹。因此，光栅衍射明纹的条件是： dsin=k （k=0、1、2，）由丨sin丨1知，主级大的级数限制是 kd/， 即在给定光栅常数的情况下，光谱级数是有限的。用分光仪测得第k级谱线的衍射角之后，在已知d的情况下可以求出入射光波长。2.光栅色散本领与分辨本领由光栅方程知，入射光波长不同，衍射角也不同。如果用复色光入射，则光栅会将不同波长的光按照波长大小从小到大依次排列，形成光谱。（1）角色散率：设两单色光波长分别为1、2，则波长差=|1-2|，第k级衍射角之差为，则第k级角色散率为 D=/（单位为nm，单位为弧度）由光栅方程可得 D=k/（dcos）则说明D与d成反比，与k成正比。（2）光栅分辨本领 R /4.实验步骤：1.调节好分光仪；2.将光栅按如图所示的方式放置在载物台上。挡住光源的光，开亮望远镜上的小灯，转动载物台，从望远镜中观察光栅平面反射回来的绿色十字像，调节载物台的水平调节螺钉（B2或B3），使十字像与分划板上的十字线重合；3.调节光栅使其透光狭条与仪器主轴平行：以分划板横线为基准，观察左右谱线在望远镜左右视场中高度是否一致，如果不一致，则调节螺钉B1使谱线等高； 4.用汞灯照亮平行光管的狭缝，使平行光垂直照射在光栅上，转动望远镜定性观察谱线的分布规律与特征；然后改变平行光在光栅上的入射角度，转动望远镜定性观察谱线的分布的变化。5.测量肉眼可以很清楚看到的汞灯蓝色，绿色，黄色1，黄色2谱线。使平行光垂直照射在光栅上，先使望远镜对准中央亮线，然后向左转动望远镜，对观察到的每一条汞光谱线，使谱线中央与分划板的垂直线重合，记录各谱线的角位置。5.数据处理：6.结果讨论与结论：1.分析讨论（1）对于汞灯光谱线，我通过查阅资料了解到，实验室用的最多的气体放电光源是高压汞灯，它是重要的紫外光源。它在紫外、可见和红外都有辐射。即其光谱成分中包括长波紫外线、中波紫外线、可见光谱及近红外光谱。在用光栅测波长实验中，能够在望远镜中观察到汞灯光经光栅衍射后的光强较大的光谱。 汞灯主要光谱线波长表紫色404.66强 407.78中 410.81弱 433.92弱 434.75中 435.84强蓝绿色491.60强 496.03中绿色535.41弱 536.51弱 546.07强 567.59弱黄色576.96强 579.07强 585.92弱 589.02弱橙色607.26弱 612.33弱红色623.44中深红色671.62中 690.72中 708.19弱（2）光栅放置时没有使光栅平面与入射光方向垂直 ，如果以入射角斜入射到光栅上，则光栅方程为d（sin+sin）= k （k=0，1，2，），在计算时不考虑，会使结果出现偏差；（3）为了消除上述误差，就要调整分光仪使光栅平面与入射光垂直：开亮望远镜上的小灯，转动载物台，从望远镜中观察光栅平面反射回来的绿色十字像，调节载物台的水平调节螺钉（B2或B3），使十字像与分划板上的十字线重合；（4）本次实验我测出来的蓝光、绿光、黄光1，黄光2的波长分别为439.77.1，543.82.7，580.63.8，578.95.8，实验结果与实际情况基本吻合