【2017年整理】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.doc

[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]