大学物理实验 实验二十 用分光计测光栅参数 大连大学基础物理实验中心 张宏剑
1、什么是光栅？有什么用处？ 光栅是使光波发生色散的光学元件。由大量等宽、等间距的平行狭缝所组成。 衍射光栅模型
白光垂直射在1mm有600条缝的光栅上，形成光谱
光栅制作 原刻光栅：在玻璃或金属材料上用金刚石刀刻划出等宽、等间隔的平行条纹而制成。每毫米间隔内刻划出数十条至数千条。刻划工艺难，材料要求高，价格十分昂贵。 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，经显影定影等过程而制成。全息光栅体积小，重量轻，价格低，可以做到1mm有 6000条透光狭缝。
2、如何辨别一个光栅质量的好坏？ 光栅的主要技术参数 ①光栅常数 ②角色散率 ③分辨本领
光栅常数: 相邻光缝之间的距离。 透光缝宽度 a 不透光缝宽度 b 若在栅面上每毫米刻划1000条光缝，则d=0.001mm。
衍射装置原理图 满足什么条件，才能形成亮线？
光栅方程: dsin = kλ （ k=0,±1, ±2,…）（1）
3、光栅方程 dsin = kλ （ k=0,±1, ±2,…） k为明条纹的级数 是第k级明条纹的衍射角
2 4 1 3 d 光栅常数 一定 复色光或白光垂直入射时 对同级谱线， q l 长则 大 复色光的光栅光谱 白光的光栅光谱 如果入射光不是单色光，则除k=0外，其余各级谱线将按波长的次序依次排开。 2 4 1 3 d 光栅常数 一定 复色光或白光垂直入射时 对同级谱线， q l 长则 大 复色光的光栅光谱 白光的光栅光谱
dsin = kλ （ k=0,±1, ±2,…） 在本实验中，所用的光源为汞灯，其衍射谱线如下图: 如何求光栅常数 d ？ 1 -1 -2 1 -1 -2 2 如何求光栅常数 d ？ dsin = kλ （ k=0,±1, ±2,…）
4. 光栅的角色散率: 由式（3）可知， 1、光栅的角色散率与光栅常数d成反比， 2、光栅的角色散率与光谱级次成正比， 光栅的角色散率描述了光栅将不同波长分开能力的大小。 将式（1）微分，代入（2）式，得 由式（3）可知， 1、光栅的角色散率与光栅常数d成反比， 2、光栅的角色散率与光谱级次成正比， 3、在靠近光栅平面法线附近的角范围内，衍射角很小，光谱的角色散率几乎与波长无关。
5、实验内容 1. 测量光栅常数d 2. 测量光栅的角色散率D dsin = kλ （ k=0,±1, ±2,…）
平面镜、光栅在载物台上的位置
6、实验步骤及数据处理 ①测光栅常数d 测波长为546.1nm的绿色谱线的±１ 级，±２级之间的夹角，由式（1）求出两个d值，取平均值。 教 材P174-175 6、实验步骤及数据处理 ①测光栅常数d 测波长为546.1nm的绿色谱线的±１ 级，±２级之间的夹角，由式（1）求出两个d值，取平均值。 ②测角色散率D 分别测出第2级的绿线、黄线衍射角，计算出它们波长，则
7、注意事项 入射光线必须垂直照射光栅平面，光栅平面要通过仪器转轴 分光计调节中要注意消除视差 不可触摸各元件光学面 汞灯不可长期注视，以免灼伤眼睛
2 级 - 1 q 光源 狭缝 透镜 光栅 望远镜物镜 平行光 用分光计测量 光栅衍射各级谱线的 衍射角 波长 l d 常数
分光计的读数方法 主刻度盘 游标盘 游标窗口 13΄ 233º
谢谢，开始操作！
分光计的光学系统 望远镜 平行光管 仪器转轴
X光衍射 25岁的美国生物学博士沃森(J. D. Watson，1928-)，获得一九六二年诺贝尔生理学或医学奖。 DNA的双螺旋结构模型
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绿光（546.07nm）和两条黄线（挨得很紧）的-1级、0级和+1级的位置（测量3次）。
(1)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远 ①调节目镜调焦手轮,直到能够清楚地看到分划板"准线"为止。 ②接上照明小灯电源，打开开关，可在目镜视场中看到如图所示的“准线”和带有绿色小十字的窗口。
(3)调整望远镜光轴，使之与分光计的中心轴垂直。 逐次逼近各半调整法。
4. 光栅的分辨本领: 分辨本领是光栅的又一重要参数，光栅的分辨本领就是它能分辨的最靠近的两条谱线的能力。在同一光谱级内，波长为 和 的两条谱线十分靠近，则光栅分辨本领Ｒ为