大学物理实验（上）：光栅的衍射

1、1,光栅的衍射,2,1、了解光的衍射现象以及光栅分光的原理。 2、测定光栅常数d的大小。 3、测定光波的波长大小。,实验目的,3,等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件。,光栅,实验原理,4,光栅常数d=a+b,a ：透光部分的宽度,b：不透光部分的宽度,光栅常数 d 的数量级约为：,5,单色平行光束垂直照射光栅，按照光栅衍射原理，衍射光栅中明条纹的位置为：,式中d是光栅常数，为k级谱线的衍射角，为单色光波长，k是亮条纹级次。此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。,6,本实验中可明显观察到的汞灯谱线,7,汞灯,望远镜,平行光管,载物平台,刻度盘,游标盘,实验仪器,8,实验步骤,1、调节

2、望远镜：,目的：使分光计主轴望远镜光轴；,调节好的标志：双面平面镜旋转180前后在望远镜中都能清晰地看到绿色十字叉丝与分划板上方叉丝相重合。,9,望远镜,小灯,各半调节螺钉,望远镜焦距紧固螺钉,分划板焦距调节,10,调节望远镜的具体步骤：,a、粗调：目测 望远镜和载物台基本水平。,11,b、点亮分光计的发光二极管，旋转目镜调 焦调节手轮，使分划板的叉丝清晰。,分划板焦距调节,12,a,c、双面平面镜的放置：,13,d、从望远镜视野中找到经反射后的绿色“十”字叉丝的像，调节望远镜中的叉丝套筒，消除视差；使双面平面镜旋转180前后在望远镜中都能清晰地看到像。此时，望远镜已聚焦至无穷远。,望远镜焦距

3、紧固螺钉,14,e、采用“各半调节法”，调节载物台螺丝b或c和望远镜的俯仰调节螺丝，使得绿色十字叉丝像与分划板的上方叉丝重合。而且，旋转载物台180之后也能够完全重合。此时，望远镜光轴与分光计转轴相互垂直。,调节螺丝,15,望远镜调节好的标志：,16,实验步骤,2、调节平行光管：,目的：使平行光管的光轴分光计主轴； 并且与望远镜光轴共轴。,调节好的标志：在望远镜中清晰的狭缝像位于分划板中央，且狭缝像被分划板中央水平线所平分。,17,狭缝宽度调节螺钉,平行光管焦距调节紧固螺钉,平行光管,平行光管高度调节螺钉,18,b、前后移动套筒，使狭缝的像最清晰；转动套筒，使狭缝的像与分划板竖丝平行；,a、点

4、亮汞灯；,调节平行光管的具体步骤：,平行光管焦距紧固螺钉,19,c、调节平行光管俯仰螺丝，使狭缝像被分划板中央水平叉丝线平分。,平行光管高度调节螺钉,20,d、调节望远镜位置，使狭缝像与分划板竖直叉丝线重合。此时，可以将望远镜的紧固螺丝锁住，确保望远镜与平行光管的光轴共轴。,21,平行光管调节好的标志：,22,实验步骤,3、调节光栅：,目的：使光栅面平行光管的光轴； 且与分光计主轴平行。,调节好的标志：在望远镜中清晰的中央明纹、十字叉丝与分划板的竖直线重合，且所观察到的衍射谱线等高。,23,a、光栅的放置方法：,光栅,调节光栅的具体步骤：,b、先粗调光栅面与分光 计主轴相平行。转动载物台，使得

5、望远镜视野中能够看到清晰的十字叉丝像。,24,注意：只需光栅的一个面与望远镜光轴垂直；,d、望远镜视野当中的中央明纹、分划板竖线、十字叉丝像竖线三者重合，如右图所示。,c、调节载物台与光栅面相垂直的b或c调节螺丝，使望远镜视野中的绿色十字叉丝像与分划板的上方叉丝重合。,25,e、锁定载物台转动螺丝，松开望远镜紧固螺丝；转动望远镜观察衍射谱线。若各个谱线的高度不一致，则调节载物台的a螺丝使得谱线等高，可以观察到的谱线如下图所示。,26,光栅调节好的标志：需老师检查,仪器调节时间到4：30,27,检查要点,1、狭缝是否被中央水平线平分； 保证平行光管光轴与望远镜光轴同轴。 2、绿色十字叉丝像和最上

6、方叉丝重合； 保证平行光垂直入射光栅。 3、左右转动望远镜时所有谱线等高； 保证光栅上狭缝和分光计转轴平行。,28,4、光栅常数的测量：,5、谱线波长的测量：,测出k1级两条相邻的黄光谱线对应的读数，求出。 2579.0 nm,测出k2级绿光谱线对应的读数。 根据公式求出光栅常数d的大小。,黄2,黄2,29,分光计的读数,分光计的读数与游标卡尺的读数类似，如上图，游标的零刻度线对准的刻度盘读数为116o15。,30,1、分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。 2、光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。 3、汞灯在使用时不要频繁启闭，否则会降低其寿命。 4、在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。,注意事项,31,1、光栅调节完毕，让老师过去检查，待老师检查完毕之后再进行读数与计算。调整好的仪器先放着不动