大学物理实验-光栅的测量PPT_精品文档PPT资料.ppt

1、3实验原理实验原理大量等宽等间距平行狭缝大量等宽等间距平行狭缝（或反射面或反射面）构成的光学元件。构成的光学元件。衍射光栅衍射光栅 （透射光栅透射光栅）反射光栅反射光栅（闪耀光栅闪耀光栅）一、光栅一、光栅一、光栅一、光栅机制光栅机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕：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，未刻刻过的地方不透光，未刻地方透光。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。制成全息光栅。实验室中通常使用的实验室中通常使用的衍射光栅衍射光栅，一般

2、为100600条/mm。4二、光栅衍射二、光栅衍射二、光栅衍射二、光栅衍射根据波动光学理论，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和费衍射现象，如图所示。产生明条纹的条件为 d sin k=k k=0,1,2,其中其中d是光栅常数，是光栅常数，k为第为第k级衍射角，级衍射角，为入射光波长，为入射光波长，k给出了该明纹的级次。给出了该明纹的级次。如果用会聚透镜将衍射后的平如果用会聚透镜将衍射后的平行光会聚起来行光会聚起来,透镜后焦面上透镜后焦面上将出现一系列亮线将出现一系列亮线-谱线谱线

3、.在在=0的方向上可以观察到零的方向上可以观察到零级谱线级谱线,其他级数的谱线对称其他级数的谱线对称分布在零级两侧分布在零级两侧.实验原理实验原理光栅衍射的规律光栅衍射的规律:光栅方程光栅方程光栅方程决定了衍射强度极光栅方程决定了衍射强度极大值的位置，其只由大值的位置，其只由 d 决定，决定，与与N无关。无关。m：衍射极次：衍射极次l l：入射光的波长：入射光的波长实验原理实验原理光栅的衍射光谱：光栅的衍射光谱：对对0级：级：所有波长均在同一方向所有波长均在同一方向对非对非0级：按波长次序依次排开按波长次序依次排开7光栅光谱及分辨本领光栅光谱及分辨本领光栅光谱0级级1级级2级级-2级级-1级级

4、3级级-3级级白光的光栅光谱白光的光栅光谱即将波长相差很小的两个波长即将波长相差很小的两个波长 和和+分开的能力分开的能力 实验仪器实验仪器汞的特征谱线汞的特征谱线（nm）：623.4（红）（红）579.0/577.0（黄）（黄）546.1（绿）（绿）491.6（青）（青）435.8（蓝）（蓝）407.8（紫）（紫）404.7（紫）（紫）实验内容实验内容1.已知绿色谱线的波长为已知绿色谱线的波长为546.1nm，测量正负一，二，测量正负一，二级衍射条纹的衍射角度，求光栅常数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由上一步求出的光栅常数d，测量黄色条纹对应的，测量黄色条纹

5、对应的波长为？波长为？要求要求分别测量分别测量3次取平均值次取平均值要求要求测量测量3次取平均值，计算与理论值的相对误差！次取平均值，计算与理论值的相对误差！实验步骤实验步骤2.将光栅置于载物台上，使平行光正入射到光栅上。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，调节使观察衍射谱线，调节使0级左右两边的谱线等高。级左右两边的谱线等高。a:望远镜接收平行光。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。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。测量绿色谱线对应的衍射角，

6、计算光栅常数。测量衍射角时，利用双游标方法来消除测量衍射角时，利用双游标方法来消除偏心差偏心差。4.测量黄色谱线对应的波长。测量黄色谱线对应的波长。数据表格数据表格级次级次k-2-1+1+2绿绿光光左左L游标游标 a a 右右R游标游标 a a黄黄光光左左L游标游标 a a右右R游标游标 a a注意事项注意事项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。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，光栅是精密光学器件，严禁严禁用手触摸刻痕，注意轻用手触摸刻痕，注意轻拿轻放。

7、拿轻放。3.在测量数据前在测量数据前务须检查务须检查分光计的几个制动螺丝是否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。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测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝微调螺丝，以便提高，以便提高工作效率和测量准确度。工作效率和测量准确度。5.分光计测角度时，注意分光计测角度时，注意“过零过零”问题。问题。常见问题及处理方法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汞灯的两条黄色谱线的波长非常接近（579nm和和577nm），在，在正负正负1级级或或正负正负2级的衍射中光谱中，我们是否能分辨这两条级的衍射中光谱

8、中，我们是否能分辨这两条线？线？2.实验中我们最多能观察到多少级次的衍射条纹？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。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。远镜的焦平面上聚焦不清晰。思考题：1.平行光管的狭缝太宽或太窄，会观察到什么现象？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？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？的方向就一定会发现衍射的极大值？缺级现象缺级现象