实验数据处理
1、测量光栅常量
1664.84nm
2、测量光波波长
与教材P3给出的相应波长进行比较
3、测定光栅的角色散
黄(内):φ=20.285°
黄(外):φ'=21.883°
Δφ=φ'-φ=1.598°
D=Δφ/Δλ=0.0369°/nm
D=1/(dcosφ)=0.000601(°*nm)?1
所测得的实验数据要比可见光的波长大一些,可能是①实验中读数不准确②实验仪器所带的误差③初始调试时没有调试准确,也有别的误差来源
大学物理实验教案
实验名称:用透射光栅测定光波波长
实验目的:
1、理解光栅衍射的基本原理与特点;
2、掌握分光仪、光栅的调节要求与方法,掌握各步调节的目的和实现的判据;
3、认识光栅光谱的分布规律,并能正确判别衍射光谱的级次;
4、利用光栅测定光栅常量、光波波长。
实验仪器:
分光计 透射光栅
双面反射镜 汞灯
实验原理:
若以单色平行光束垂直照射光栅,通过每个狭缝的光都会发生衍射,这些衍射光又在一些特殊方向上被透镜会聚于焦平面上一点后,因干涉加强而型成各级亮线,如图1,若衍射角为φ的光束经透镜会聚后互相加强,则角φ必须满足关系式
即光程差必须等于光波长的整数倍。式中λ为单色光波长,k是亮条纹级次,jk为k级谱线的衍射角。此式称为光栅方程,它是研究光栅衍射的重要公式。
如果入射光是复色光,由于各色光的波长各不相同,则由公式(41-1)可以看出,其衍射角也各不相同,经过光栅后,复色光被分解为单色光。在中央, 位置处,各色光仍将重叠在一起,形成0级亮条纹。而在中央亮条纹两侧,各种波长的单色光产生各自对应的谱线,同级谱线组成一个光带,这些光带的整体叫做衍射光谱。如图所示,它们对称地分布在中央亮条纹的两侧。
1、 测量光栅常数
用汞灯光谱中的绿线()作为已知波长测量光栅常数d。测量公式
2、 测量波长
用上面求出的光栅常数,测量光谱线的波长。测量公式
3. 光栅的角色散
角色散是光栅的重要参数,它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离。汞灯光谱中双黄线的波长差之差=2.06nm,两条谱线偏向角之差和两者波长之差之比:
对光栅方程微分可有
由上式可知,光栅光谱具有如下特点:光栅常数d越小,色散率越大;高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率。
实验内容
1、光栅的调节
(1)调节分光计,使望远镜对准无穷远,望远镜轴线与分光计中心轴线相垂直,平行光管出射平行光。调节方法见光学实验常用仪器部分。狭缝宽度调至约1毫米。
(2)安置光栅,要求入射光垂直照射光栅表面,平行光管狭缝与光栅刻痕相平行。
(3)调节光栅使其刻痕与转轴平行。注意观察叉丝交点是否在各条谱线中央,如果不是,可调节螺丝予以改正,调好后,再回头检查光栅平面是否仍保持和转轴平行。如有了改变,就要反复多次,直到两个要求都满足为止。
2、测定光栅常数
以汞灯为光源,测出K=±1波长为5460.7nm绿光衍射角φ,求d。但应注意:+1与-1级的衍射角相差不能超过几分,否则应重新检查入射角是否为零。
3、测定未知光波波长及色散率
用上法在K=±1时测出汞的紫、双黄线的衍射角,求出 它们的波长。
3、测定未知光波波长
求出汞的两条黄线λ1及λ2的衍射角角之差,求出 λ1及λ2并计算出Δλ,再求出光栅的角色散率。
实验数据处理
1、测量光栅常量
2、测量光波波长
与教材P3给出的相应波长进行比较
3、测定光栅的角色散
思考题
1、光栅方程和色散率的表达式中各量的物理意义及适用条件?
2、平行光管的狭缝很宽时,对测量有什么影响?
3、光计主要由哪几部分组成?为什么说望远镜的调整是分光计调整的基础和关键?
4、光计在设计上是如何消除偏心差的?
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