实验10用光栅测量光的波长

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1、实验 10 用光栅测量光的波长实验目的1. 熟悉分光计的调节及使用方法-2 . 通过观察汞绿光经过光栅及单缝的衍射现象，进一步加深对光衍射理论的理解。 3.掌握用光栅测量光波长的方法。实验原理1. 光栅测量波长平而光栅是一种根据光的波动理论制成的色散元件，由大呈:等宽等间距，相互平行的狭 缝 （刻痕）所组成。经常用于光谱分析仪器中。它不仅适用于分析可见光成分,还能用于红外 和紫 外光波。在结构上有平而光栅和凹而光栅之分，同时光栅分为透射式和反射式两类。常用的平而透射式刻痕光栅是用光学玻璃片刻制而成的，实验教学用的光栅一般是复制 光 栅或用两朿激光干涉照相记录制成的全息光栅。当光照射在光栅而上时

2、，刻痕处由于散射 不易透 光。只有在两刻痕中间的光滑部分，光才能通过，相当于一条狭缝。因此光栅实际上是一排密集 均匀而又平行的狭缝。根据夫琅和费衍射原理，当波长为X的单色平行光垂直照射在光栅平而上时，在每一狭 缝 处都将产生衍射，如图，但由于各缝发岀的衍射光都是相F光，彼此之间又产生干涉。如果在光 栅后而放程一透镜，光经过透镜会聚在屏幕上，就会形成一系列被相当宽的暗区隔开的, 亮度大， 宽度窄的明条纹。沿着与入射线成（P角传播的各条波束，其相邻光朿中的光程差为=（ a + b） s i n q= d s i n （ p式中a为缝宽，b为刻痕宽度，d二a + b称为光栅常数。根据波的叠加原理,在

3、满足d s i n （p二k Xk二1,2时，光将加强，形成亮纹。其它方向的衍射光或者完全抵消,或者强度很弱，几乎减为暗被景。式中k是光 谱 的级数,0是k级谱线的衍射角。从d s i n(p=k (p式中看岀，若已知光栅常数并测岀某级明条纹的相应的 角，则如入射光的波长便可以由此得岀。若一条包括各种波长的白光，对于不同波长的光，其衍射角(P也相同。中 央明纹各色重叠,呈白光，其两侧对称分布着k二1, k二2,级光谱。按波长增加的次序由里向外展开形成彩色光谱，从而把复色光分解成单色光。2. 左右游标读数方法和偏心差的消除如右图所示，计算公式是0 =丄 T)+ (&2 一 )2实验仪器分光计、光

4、栅、汞灯等。(-)实验仪器调节与使用1.分光计的调节为了精确测量待测角度，必须将分光计调好，以达到三个要求：(1)平行光管岀射平行光。 (2)望远镜能接受平行光。(3)经过待测光学元件的光线构成的平而应与仪器的中心转轴垂直, 即 要求平行光管，望远镜光轴垂直于转轴；待测元件的光学面应平行于转轴。为了保证这些条件，必须对分光计进行下述调W其中尤以望远镜的调节最为重要，其它调节均以望远镜调节为主，具体调肖步骤如下： .粗调:用眼睹观察并调节载物台下方的三个调平螺丝，使载物台水平，调肖望远镜、平行光管的涮平螺丝的髙度，使载物台平而，望远镜，平行光管大致垂直于仪器的主轴。 .细调:a .接通电源(6.

5、 3Y),点亮小灯，将望远镜里的分划板照亮，并旋转目镜凋焦手轮10,使 分划 板刻线成象淸晰。b .将双而反射镜放在载物台上，缓慢转动载物台，从望远镜外侧而观察,看到反射平而有一 亮十字，然后从望远镜正面观察，缓慢地转动载物台，则亮十字随之移动，继续转动载物台，当 反射平面正对望远镜时，在望远镜中可看到一亮光斑，这就是被平而镜反射回来的绿色亮十字丝像。c.松开目镜紧锁螺钉，前后移动套筒，使亮十字丝像清晰并消除视差，此时，望远镜已能接 收平行光并成象于分划板上，旋紧螺钉，此后目镜筒不要再伸缩移动。 .调节望远镜光轴垂直于载物台转轴，使望远镜轴线回转平而与刻度盘平而平行。a 转动载物台，分别使反射

6、镜的两反射而反射回来的亮十字丝象均进入望远镜。b .反射镜的其中一反射而正对望远镜筒，此时观察，亮十字丝象可能与分划板上方的十 字 线不重合，调节载物台调平螺钉疗或比使高度差减少一半。再调肖望远镜水平，调节螺钊；即 亮十字幺幺.象与分划板十字叉丝重合。这种调节方法称为各半调石法。c. 转动载物台，使平面反射镜转过180此时反射镜另一反射而正对望远镜筒，同样用 各半调节法进行调节,使亮十字象到达准确位置。d. 重复上述步骤，反复调节，直至从两个反射而反射回来的像与分划板上方十字线重合 为止。此时望远镜光轴已垂直于载物台光轴,且其回转平而平行于刻度盘平而。2. 调节平行光管 .调节平行光管使之产生

7、平行光。将聚焦于无穷远的望远镜作为标准，点燃钠光灯，将狭缝照亮，并使望远镜与平行光管基 本在一直线上。前后移动平行光管的套管，使狭缝位于物镜焦平而上，从望远镜中能看到淸晰 的狭缝的象（调肖螺钉，使狭缝像宽约为1亳米左右）。并且狭缝的象和分划板刻线间无视差, 这时平行光管发出的光即为平行光。 .松开狭缝装宜锁紧螺钉，并将狭缝装置旋转与望远镜分划板的水平刻线平行，调节螺 钉,使狭缝与目镜视场中的水平刻线重合。然后再将狭缝转过90，使狭缝与目镜中分划板的垂宜刻线重合。此时，平行光管的光 轴 与望远镜的光轴同轴，且都与仪器的主轴垂直。3. 分光计读数方法分光计读数圆盘分为 360,每一小格为 30,游

8、标盘上等分 30 小格,而游标 30 小格的弧 长与 刻度盘29小格的弧长相等，即本实验室中的分光计角游标的精度为r。4. 用光栅测波长（1）放置光栅放置光栅要求：（A）入射光垂直射到光栅表而。（B）平行光管的狭缝与光栅刻痕平行。2）从望远镜中观察衍射光谱的分布情况,注意中央明纹两侧的衍射光谱是否在同一 水 平而内。3）用光栅测量钠光灯各级明纹的衍射角。（4） 用读数显微镜测量光栅常数。（5） 计算钠黄光波长。将测得的光栅常数d及各级明纹的衍射角分别代入公式（1），汁算相应的波长，并与钠 黄 光波长的标准值（X二5893A。）比较。5. 用单缝测定钠光灯各级暗条纹的衍射角。注意事项1. 分光计是精密仪器，各部分的调节螺钉比较多，在不淸楚这些螺钉的作用和用法以前, 请不要乱拧，以免损坏分光计。2. 光栅片是精密光学元件，严禁用手触摸刻痕，以免损坏。3. 测量衍射角时，（1）最好将望远镜固左，用微调旋更方便一些。（2）从左至右（或从右至 左） 依次测量+3、+2、+1 级和-1、-2、-3 级的条纹位苣，分别记录左、右游标的读数。