目测法测透射光栅常数

1、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

2、 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，

3、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

4、，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

5、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

6、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。设光波波长为入，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

7、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)1平均读 数(cm)光栅到0级谱 线的垂直距离(cm)11六 数据处理 谱线K=±l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X 1