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实验7在分光计上测定光栅常数和光栅角色散及光波波长

[实验七] 在分光计上用透射光栅测定光波波长、光栅常数 [实验目的] 1.进一步了解分光计的调节和使用方法; 2.加深对光的干涉、衍射和光栅分光作用基本原理的理解; 3.学会用透射光栅测定光波波长、光栅常数和光栅角色散。 [实验仪器] 分光计(编号: ) 汞灯 (编号: ) 钠灯 (编号: ) 平面透射光栅、单缝等 [实验原理] 光栅相当于一组数目极多的灯宽、等距和平行排列的狭缝,有投射光栅和反射光栅两种。如果狭缝宽度为a,不透光的不宽度为b,则d=a+b。如图2-1所示。 设S为L1物方焦平面上的细长狭缝光源,从L1射出的光线垂直地照射在光栅G上,L2将与光栅法线成角的衍射光线汇聚于L2的像方焦平面上的P点,则产生衍射亮条纹的条件为: (j 0,±1 ,±2,.....)角为衍射角,为光波波长,j为谱线级数。因为衍射亮条纹实际上是光源狭缝的衍射像,是一条锐细的亮线,所以又称光谱线。 如果光源不是单色的,当j=0时,任何波长的光均满足(2-1)式,亦及在=0的方向上,各种波长的光线叠加在一起,形成明亮的零级光谱。对于j的其他数值,同一级光谱就不只是一条谱线,不同波长的谱线由于不同出现在不同的方向上,因此我们将看到在衍射花样中有几组颜色,与不同的波长对应。把波长不同的同级谱线集合的一组谱线称为光栅光谱。图2-2为汞灯的一级光谱的主要谱线。 根据光栅方程,若光栅常数已知,在实验中测定了某谱线的衍射角和对应的光谱级j,则可以求出该谱线的波长;如果波长已知,则可求出光栅常数d. 将光栅方程(2-1)两边对微分,可得光栅角色散D,(D是光栅、棱镜等分光元件的重要参数) (2-2) 上式表明,光栅常数d越小,角色散D越大,光谱的级数愈高,角色散也愈大。D的物理意义是:对于某一级光谱,每增加单位波长的衍射角的增加量。 [实验内容及步骤] 分光计的调节(参见实验三) 光栅的放置方法。将光栅按图7-1所示放置在分光计的载物台上,即Z1、Z2的连线垂直于光栅,要改变光栅的俯仰,只需调节Z1、Z2两个螺钉,而与Z3无关。 调节望远镜的光轴与载物台转轴垂直。先调节光栅的俯仰,然后使载物台转过180度,采用二分之一法调节,直到望远镜的光轴与载物台的转轴垂直。 平行光管的调节。调节平行光管,使其光轴与载物台的转轴垂直,这是在他的对方用望远镜观察应能看到清晰的狭缝像,并无视差。 以低压汞灯做光源,点亮平行光管的狭缝,旋松望远镜的固定螺钉,转动望远镜,在光栅的法线两侧观察各级衍射光谱;调节Z3使各级光谱等高,这时光栅的条纹平行于仪器的转轴。 测定衍射角。从光栅的法线(零级光谱条纹)起沿一方向转动望远镜,使望远镜中的叉丝依次与第一级衍射光谱中的各强谱线重合,记录每一谱线对应的游标读数,重复六次,求其平均值,对应同一谱线的两次游标的读数之差,即为该谱线衍射角的2倍。 以汞灯绿谱线的波长为已知,将步骤6中所测的衍射角代入公式,并取j 1,求出光栅常数d,然后由其他各谱线的衍射角求得的光栅常数d,算出相应的波长,并与公任値比较,计算其误差。 将各谱线的衍射角代入公式,算出光栅相应的各谱线的第一级角色散。 [数据处理] 参照实验二,进行记录表格设计,计算相关的各参数; [实验评价]

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