《大学物理实验》教案实验22 衍射光栅.docx

大学物理实验教案实验22 衍射光栅实验 22 衍射光栅 一、实验目的： 1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。 2.进一步熟悉分光计的调节和使用。 3. 测定光栅常数和汞原子光谱部分特征波长。 二、实验仪器： 分光计、光栅、汞灯。 三、 实验原理及过程简述： 1.衍射光栅、光栅常数 光栅是由大量相互平行、等宽、等距的狭缝构成。其示意图如图 1 所示。 图2 光栅上若刻痕宽度为 a，刻痕间距为 b，则 da 十 b 称为光栅常数，它是光栅基本参数之一。 2.光栅方程、光栅光谱 根据夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行单色光垂直入射到光栅平面上时， 光波将发生衍射，凡衍射角 满足光栅方程： 图1 ， k 0 ， ± 1 ， ± 2. 时，光会加强。式中为单色光波长， k 是明条纹级数。衍射后的光波经透镜会聚后，在焦平面上将形成分隔得较远的一系列对称分布的明条纹，如图 2 所示。 如果人射光波中包含有几种不同波长的复色光，则经光栅衍射后，不同波长光的同一级明条纹将按一定次序排列，形成彩色谱线，称为该入射光源的衍射光谱。图 3 是普 0通低压汞灯的第一级衍射光谱。它每一级光谱中有四条特征谱线：紫色14358 A ；绿色 0 0 025461 A ；黄色两条 35770 A 和45791 A 。 3.光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量 由方程可知，若光垂直入射到光栅上，而第一级光谱中波长1 已知，则测出它相应的衍射角为 1 ，就可算出光栅常数 d；反之，若光栅常数已知，则可由式测出光源发射的各特征谱线的波长 i 。 角的测量可由分光计进行。 4实验内容与步骤 a.分光计调整与汞灯衍射光谱观察 调整好分光计。 将光栅按图 4 所示位置放于载物台上。通过调平螺丝 a 1 或 a 3 使光栅平面与平行光管光轴垂直。然后放开望远镜制动螺丝，转动望远镜观察汞灯衍射光谱，中央零级为白色，望远镜转至左、右两边时，均可看到分立的四条彩色谱线。若发现左、右两边光谱线不在同一水平线上时，可通过调平螺丝 a 2 ，使两边谱线处于同一水平线上。 调节平行光管狭缝宽度。狭缝的宽度以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准。 b.光栅常数与光谱波长的测量