大学物理实验-光栅的测量PPT.ppt

1、光栅常数的测量,（21号报告箱）,常相辉,实验目的,1.进一步掌握分光计的调整和使用方法。,2.观察汞光源通过光栅后的衍射光谱。,3.根据已知谱线的波长测定光栅常数。,4.根据已知光栅常数的光栅测定未知波长。,3,实验原理,大量等宽等间距平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。,衍射光栅(透射光栅),反射光栅(闪耀光栅),机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕,刻过的地方不透光，未刻地方透光。,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条/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，

2、将产生夫琅和费衍射现象，如图所示。产生明条纹的条件为 d sink=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.,实验原理,光栅衍射的规律:,光栅方程,光栅方程决定了衍射强度极大值的位置，其只由 d 决定，与N无关。,m：衍射极次,l：入射光的波长,实验原理,光栅的衍射光谱：,对0级：,所有波长均在同一方向,对非0级：,按波长次序依次排开,7,光栅光谱及分辨本领,光栅光谱,0级,1级,2级,-2级,-1级

3、,3级,-3级,白光的光栅光谱,即将波长相差很小的两个波长 和+分开的能力,实验仪器,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）,实验内容,1.已知绿色谱线的波长为546.1nm，测量正负一，二级衍射条纹的衍射角度，求光栅常数d=？,2.由上一步求出的光栅常数d，测量黄色条纹对应的波长为？,要求分别测量3次取平均值,要求测量3次取平均值，计算与理论值的相对误差！,实验步骤,2.将光栅置于载物台上，使平行光正入射到光栅上。,观察衍射谱线，调节使0级左右两边的谱线等高。,a:望远镜接收平行光。

4、,b:望远镜与平行光管同一光轴且都垂直于中心转轴。,c:平行光管出射平行光，光轴垂直于中心转轴。,1.将分光计调整到正常使用的状态。,3.测量绿色谱线对应的衍射角，计算光栅常数。,测量衍射角时，利用双游标方法来消除偏心差。,4.测量黄色谱线对应的波长。,数据表格,注意事项,1.分光计是精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。,2.光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放。,3.在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。,4.测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。,5.分光计

5、测角度时，注意“过零”问题。,常见问题及处理方法,1.汞灯的两条黄色谱线的波长非常接近(579nm和577nm)，在正负1级或正负2级的衍射中光谱中，我们是否能分辨这两条线？,2.实验中我们最多能观察到多少级次的衍射条纹？,光栅的分辨率问题：,可以分辨,b.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。,a.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。,思考题：,1.平行光管的狭缝太宽或太窄，会观察到什么现象？为什么？,2.试分析光栅的分辨率表达式是如何得到的？,3.当某一单色波正入射光栅时，是否满足光栅方程的方向就一定会发现衍射的极大值？,缺级现象,