大学物理实验教案(光栅的衍射)

11实验项目教学目的

大学物理实验教案光栅的衍射观光的衍射现象，了解光栅分光的原理。测光栅常数和光波波长。当光射到光栅面上时，在透光狭缝处光线可透过，而在不透光处则不能透过。若这些透光狭缝的宽为a。相邻狭缝间不透光部分的宽度为b，+b=d

，称

为光栅常数。本实验装置产生的光栅衍射是夫琅和费衍射，因为衍射屏（光栅）与光源及观察屏之间的距离均为无穷远（入射光栅的入射光和出射光栅的衍射光均为平行光）。根据夫琅和费衍射理论，当波长为的平行光束投射到光栅平面上时，光波将在两个透光狭缝处发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉，其结果是在透镜的焦平面上得到一排明亮分立的光谱线。当平行光垂直入射时，相邻两缝对应点出射的光束的光程差为=(b

式中为栅常数，

称为衍射角。根据衍射光的干涉条件，当衍射角满足下式时dsinK,…)则该衍射角方向上的光将会得到加强，叫做主极大，其它方向的光或者完全实验原理

抵消，或者强度很小在焦平面上形成暗背景。我们把

K=0,所对应的主极大分别称为中央(0级)极，正负第一级极大，正负第二级极大，……。如果入射光不是单色光，而是包含几种波长的光，对于同一级次光的波长λ不，其衍射角也各不相同，于是复色光将被分解，从而在不同的地方形成不同颜色的光谱线。但是，在中央主极大位置上

=0

处，各颜色的光仍重叠在一起，形成中央明条纹。在中央条纹两侧对称分布着K=，级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线，对同一级谱线来说λ越大，衍射角也越大，越，越小即彩色谱线排列是长波谱线在外侧，短波谱线在内侧。如果用分光计测出，则当已知时求，当知时可。衍射角其中

为,11

1）=（--2124为望远镜对准所要测定的正级谱线时AB两标读数,2

2为望远镜对准所要测定的负级谱线时A，两标读数。1

教学重点与难点

重点难点：1.

分光计的调（远镜调焦望镜光轴调节平行光管调节等；光栅放置位置的要求；衍射角测量方法。分光计调节；游标盘读数。用垂直入射法测定光栅常数及波波长调分光计，要求达到：（1望远镜聚焦于无穷远，且其光轴与仪器转轴垂直；（2平光管产生平行光其光轴与望远镜光轴同轴狭缝宽度在望远镜视场中约为1mm。光位置的调节（1光栅平面与平行光管轴线垂直。i.转望远镜使竖叉丝对准狭缝的象然后固定望远镜位;ii.按下图将光栅放在载物台上即来放双平行平面镜的位置光栅面垂直平台下两调节螺丝b，的线;1实验内容提要

iii.点亮望远镜上的小灯，转动载物台使光栅正对望远镜，调节b或1螺丝直到望远镜中看到光栅面反射回来的叉丝像与上方叉丝重合。注意：望远镜已调好，不能再次调节望远镜倾角调节螺钉。至此，光栅面与望远镜光轴垂直了，因而也与平行光管光轴垂直。调节完毕后应固定游标盘止动螺钉与载物台锁紧螺钉。（2光栅上狭缝与仪器转轴平行。松开望远镜止动螺钉，向左（或向右）转动望远镜，可以看到谱线，注意观察各谱线是否被视场中央的水平叉丝所平分，如果不是，可调节图中的螺使各谱线被叉丝平分。3（3望远镜使之正对光栅光平面是否仍保持与望远镜光轴垂直。若有改变，就要反复调节多次，直到以上两个要求都满足为止。（4测量：向左转动望远镜，使竖直叉丝对准第二级K=2）绿色线，记下AB两游标读数，，右转动远镜，使竖直叉丝对准K=级绿色谱线，记下A、B两标读数，。2（5重复测三次，求出光栅常数。（6用同样方法测汞的第一级（

K=

）两条黄色谱线的波长。测量与数据处理要求

光放置时应使光栅平面与入射方向垂直；望镜和游标盘在止动螺钉旋紧的情况下不能强行扳转它，以免损伤转轴。为此，每次转动望远镜和游标盘前，先检查止动螺钉是否放松；在标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应意望远镜转动过程中是否过了刻度零点；测汞黄光波长时，观察到两根很靠近的黄色谱线，应注区分好黄2

1

与黄；2测衍射角时应读出望远镜在T位的两个游标读数，然后转动望远镜1到T位，再读出此时的两个游标读数。2应光栅方程

dsin

来测定光栅常数满足什么条实验时这思考题参考资料评分标准

些条件是怎样保证的按30-3的法放置光栅有什么好在本实验所用的仪器条件下，最多能看到几级衍射光谱而理论计算应能看到几级绿色谱线，两者是否一?《大学物理实验》——马马宋设施洋主编《大学物理实验指导》——丁滢陈之前编《物理实验教程》——丁慎训张芳主编《大学物理实验》——霍青吴华等主编一、预习及操作评分标准分预习充实验时脱离讲义或稍看讲,独完成;遵守操规程,仪调整或电路连接又快又正,实中仪器操作较熟;能主动除故障,对生的问能进行分析判断;读数(效数字单位)记录正确。光栅常，衍射角，波长数值正确。分预习较分;实验时照讲义后能独立完;遵守操规程,仪调整或电路连接能主动完,并大差错,实中能正确使用仪器能在教启发,排故或发的问题进行分析判;读数的效数字要提醒。光栅常，衍射角，波长误差较大分有预习但效果一;边看讲边实,虽按时完成,但依赖性;能遵守作规,仪调整或电路连接水平较差实仪器操作不熟;读数的效数字要指导。光栅常，衍射角，波长误差很大。双黄线衍射角，波长相同。<60分无习。违反操规程,而仪器器件损;弄虚作;在规定间内未完成实验要求。符合，，4其中一,操成绩不及格。二、实验报告评分标准（1预习部分3

实目的------------------------10分实仪器------------------------10分实原理文字叙述分公式---------------------