物理实验-光栅测量.ppt

1,光栅测量,实验目的 实验原理 实验仪器,实验内容 注意事项,衍射光栅（Diffraction Gratings）,2,熟悉和掌握分光计的调整和使用方法；观察汞光源通过光栅后的衍射光谱；根据谱线测定光栅常数、波长。,实验目的,3,实验原理,大量等宽等间距平行狭缝构成的光学元件。,衍射光栅(透射光栅),全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。,实验室中通常使用的衍射光栅，一般为100600/mm。,4,根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，如图所示。产生明条纹的条件为 dsink=k k=0,1,2,其中d是光栅常数，k为第k级衍射角，为入射光波长，k给出了该明纹的级次。如果用会聚透镜将衍射后的平行光会聚起来,透镜后焦面上将出现一系列亮线-谱线.在=0的方向上可以观察到零级谱线,其他级数的谱线对称分布在零级两侧.,5,透光缝宽度 a,不透光缝宽度 b,光栅常数:,光栅常数与光栅单位长度的刻痕数N的关系,6,光栅光谱及分辨本领,光栅光谱,0级,1级,2级,-2级,-1级,3级,-3级,白光的光栅光谱,7,这时在=0的方向上可以观察到中央谱线极强（称为零级谱线），其它级次的谱线则对称地分布在零级谱线的两侧。在本实验中，所用的光源为汞灯，其衍射谱线如下图:,8,汞的特征谱线（nm）：623.4（红）579.0/577.0（黄）546.1（绿）491.6（青）435.8（蓝）407.8（紫）404.7（紫）,9,调节光栅平面与平行光管的光轴垂直：将平面镜按下图示方位放置在载物台上，调节螺钉a2或a3使有光栅表面反射回到望远镜中的十字与目镜内黑色双十字叉丝的上十字叉丝线重合。,10,调节光栅的刻痕与分光仪主轴平行：转动望远镜，观察各级谱线，注意中央主极大条纹两侧的谱线是否等高，若不等高，微调载物台上螺钉a1使各谱线在望远镜视场中等高。,测量衍射角：使望远镜中黑色双十字叉丝竖直线、亮十字竖直线、狭缝像三者重合；转动望远镜，选择一条明亮谱线，辨别其级数，读取该谱线在中央明纹两侧的位置，记录数据。,11,实验内容1.调节分光计至可以测量的状态。2.将光栅放置在载物台上，调节使平行光管垂直于光栅平面，观察衍射谱线，调节使0级左右两边的谱线等高。3.测量汞灯光谱线中的546.1（绿）和579.0/577.0（黄）（挨得很紧）的-1级、-2级和+1级、+2级的位置。注：如果已知入射光的波长,用分光计测出k级谱线对应的衍射角k则可求光栅常数d;若已知光栅常数d，则反过来也可求出该谱线对应的入射光波长。,12,4.调整分光计处于正常工作状态。安置光栅，调节平台，使达到入射光垂直照射在光栅表面.5.测量黄光、绿光的光栅常数.为了消除分光计刻度盘的偏心差，对同一方位要同时读出两游标盘的读数，取其平均。例如，对k级，左右游标读数分别为k及k，对k级，左右游标读数分别为k及k（如图），则k级衍射角为 6.将测量数据填入自拟表格、用列表法记录实验数据、并用公式计算。算出相对误差E。7.注意是设计性实验，要求自补实验原理及实验步骤；并注意实验结果的单位表示。请查阅相关书籍。,13,14,.附：实验常见问题及处理,1.实验中观察到的衍射条纹没有与叉丝竖线平行就开始测量，这是记录的数据显然是由误差的。调节载物台的螺丝，使衍射条纹与叉丝竖线平行在测量。2.实验中所用的光栅能够将所要测量的黄1和黄2分开，然而在实验中有些实验者调出的衍射条纹中黄1和黄2线几乎分不开，出现这种现象的原因有：1.）狭缝调得太宽，或平行光管发出的光并不是平行光，在望远镜的焦平面上聚焦不清晰。重新调节平行光管。2.）望远镜的目镜没有调好，如果是这个原因那就只有从头开始调节了。,