光栅衍射法测定光波长.ppt

实验名称： 光栅衍射法测定光波长 实验目的： 熟悉分光计的调节。 理解光栅衍射现象。 学习用光栅衍射法测定光的波长或光栅常数。 实验原理及背景知识介绍： 　　光栅和棱镜一样，是重要的分光光学元件，已广泛应用在光栅谱仪、光栅单色仪等。光栅是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝，分为透射光栅和反射光栅两种。本实验中用的是平面透射光栅。 实验原理及背景知识介绍： 实验原理及背景知识介绍： 实验仪器介绍： 实验内容： １．调节分光计 　（1）把望远镜目镜分划板上的叉丝调节清晰； （2）把望远镜调节到适合观察平行光； （3）把望远镜的光轴调节到与仪器的主轴垂直； （4）把平行光管调节到能够出射平行光； （5）把平行光管的光轴调节到与望远镜共轴； （6）把狭缝调节成竖直状态且宽度适中。 ２．光波长的测量 　　利用分光计装置，根据光栅衍射的光路放置好光栅并观察光栅衍射现象，把分光计的望远镜分别对准 级的衍射条纹，测量出 级衍射条纹两方向对应的读数 和 ，计算出衍射角 。根据公式（１）可算出光波长。 实验步骤： 一．调节分光计。 一、 调节分光计 　　1．粗调 （1）目测粗调使望远镜光轴大致水平，并 粗调平行光管使其与望远镜大致共轴。 （2）调节载物台水平度调节螺丝使载物台 台面大致水平。 一、 调节分光计 一、 调节分光计 一、 调节分光计 d、旋转载物台，使双面反射镜转过180°， 重复各调一半法，使绿十字叉丝像如图 6(c)所示。 e、重复上述步骤，使经双面反射镜两个面反 射的的绿十字叉丝像均如图 6(c)所示。 一、 调节分光计 3、调节平行光管 一、 调节分光计 3、调节平行光管 一、 调节分光计 3、调节平行光管 二、 放置光栅 二、放置光栅 三、测定衍射角Φ 　1、把分光计的望远镜分别对准 级的衍 射条纹，测量出 级衍射条纹方位对 应的读数 。 2、把分光计的望远镜分别对准 级的衍 射条纹，测量出 级衍射条纹方位对 应的读数 。 3、不改变光栅的位置，重复测量数据8次。 4、按照下列公式计算衍射角 。 四、计算光波长λ 将测量出来的衍射角Φ的值，光栅常数d， 衍射级别k的值代入下式： dsinφ=kλ(k=0, ±1, ±2, …) （1） 即可得到被测光线的波长λ。 实验完成 思考题： 如果光栅常数不知道，又要用它来测量波长，怎么办？ 分析测量同一种颜色不同级数的光时，对波长测量结果的影响。 若平行光管的狭缝过大，请问它对测量结果的影响。 如果入射光线和光栅平面不垂直，试设计测量衍射角的方案。 注意事项： 分光计是精密仪器，各部件的操作要小心。 切勿用手或不干净的布和镜头纸去插拭光栅表面。 光栅放置要与入射光线垂直。 在测量正负级衍射条纹的方位角前，要把正负级的衍射条纹调至等高状态。 在重复测量过程中，光栅的位置不要改变。 * * 当光垂直入射到光栅面上时，透射光在满足式： dsinφ=kλ(k=0, ±1, ±2, …) （1） 的衍射角φ方向上有亮条纹出现，（如图1）。对已知波长的光波，测出其经光栅衍射后的衍射角，并判定其级次k后，即可测出所用光栅的光栅常数d，已知光栅常数d，就可以通过测出待测波长对应的衍射角φ后，计算出待测波长。 入射光 光栅 中央明条纹 K=0 一级明条纹K=+1 一级明条纹K= -1 绿 黄 图1 光栅衍射光谱示意图 黄 绿 不透光 部分 透光 狭缝 a b 光栅由透光的狭缝和不透光部分构成，令a表示透光狭缝的宽度，b表示不透光部分的宽度，则光栅常数d=a+b，习惯上用单位毫米里的狭缝数目N来描述光栅特征（如图2）。光栅 常数d与N的关系为： 图2 光栅结构示意图 实验内容： 三．测定衍射角Φ 三．计算光波长λ 二．根据光路图放置好光栅并观察光栅衍射现象。 一、 调节分光计 2、调节望远镜 （1）目镜调焦 目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能很清楚地看到目镜中分划板上的刻线和叉丝。调焦办法：接通仪器电源，把目镜调焦手轮旋出，然后一边旋进一边从目镜中观察，直到分划板刻线成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目镜中刻线的清晰度将被破坏而未被破坏时为止（如图3）。 遮光窗 图3 目镜分划板