大学物理实验 衍射光栅
实验目的 实验原理 数据处理 实验内容 思考问题 衍射光栅 实验目的 实验原理 数据处理 实验内容 注意事项 思考问题
衍射光栅 一.实验目的: 1. 进一步掌握分光计的调整方法和被测光学元件的调整方法。 2. 用已知波长的单色光（已知谱线）测定光栅常数。 3. 用已知光栅常数的光栅测量未知谱线的波长。 4. 掌握光栅常数、色散率和分辨本领等光栅特性参数的基本概念和测量方法。
二.实验原理: 1.衍射光栅、光栅常数 光栅 透明 不透明 a b 通常为 1 2 3 ~ m 数量级 d 光柵常数: ( ) +
2.1实验光路图(强度分布) Y I 光 栅 透镜 屏 幕
根据光栅方程测量光的波长,或者给定光的波长测量光栅常数 2.2实验光路图(具体分析) 主极大(明条纹)角位置条件 光栅方程: k 称为主极大级数 根据光栅方程测量光的波长,或者给定光的波长测量光栅常数
2.3实验光路图 (光谱分布) 光栅 黄 黄 绿 绿 一级明条纹K= -1 中央明条纹K=0
三.实验内容及步骤: 1.分光计的调节:具体参考分光计调节实验 2.光栅的调节: (1)将光栅架按图4放置于已调好的分光计的载物台上。 图中a, b, c是载物台下面三个调节载物台倾斜度的螺丝,上面的活动小圆盘上有三条半径线,转动这个小圆盘,使三条半径线与三个螺丝的位置对齐,然后将光栅片按图中位置放好。 c a b 平台 光栅 图4
(2)调节光栅平面与入射光线垂直。 调节光栅平面与入射光垂直也就是调节光栅平面与分光平行光管的光轴垂直。其调节方法是:先用眼睛直接观察,转动分光计的刻度盘带动载物台,使光栅面与平行光管垂直;然后转动望远镜,使望远镜中的分划板上的竖线与平行光管射过来的狭缝亮线相重合,此时,望远镜的光轴与平行光管的光轴一致了,随之拧紧“望远镜固定螺丝”(底座右边)将望远镜的位置固定,再仔细转动刻度盘带动载物台,并结合调节载物台的两个螺丝a或b,直到光栅面反射回来的小绿“+”字像位于分化板上方叉丝交点上。此时,入射光即垂直光栅面了。随即拧紧载物台固定螺丝,以保持光栅的位置不动。 (3)调节光栅刻线与分光计主轴平行。 在调节前可先作一定性观察。如果光栅刻线与分光计主轴不平行,将会发现左右衍射光线的倾斜的,如图5所示。为此,可通过调节平台下面的倾角螺丝C使左右衍射光线在水平方向高度一致。
3.定性观察汞光的衍射光谱: 定性观察汞光各条衍射谱线的分布情况,衍射角的大小(位置)与波长的关系,加深对光栅衍射理论的理解。 4.测量汞光谱线的衍射角: 测量汞光第一级(k=1)所有谱线的衍射角。以其中的一条为例:先将望远镜移到一边(如左边-k),使分划板上的叉丝竖线对准该谱线,读出两个游标A,B读数;然后将望远镜移到右边,再次对准该谱线,读出另两个游标读数。最后根据下式计算它们的衍射角：
四．数据记录及处理 : （1）按以下表格记录数据 黄1 黄2 绿 蓝 紫
五：注意事项： （2）用波长已知的绿色 谱线的衍射角（一级条纹）， 计算光栅常数及其不确定度。 （3）用实验室给出的光栅常数 计算各色光的波长。并计算 它们与公认值的偏差。 五：注意事项： （1）过“0”点问题 :在算度数的时候 (2)光学元件(光栅、三棱镜、平面镜等)易损易碎,必须轻拿轻放,严禁用手 触摸光学面,以免弄脏或损坏，最好拿光栅的边缘。
六、思考题: 1. 利用钠光（波长钠米）垂直入射到一毫米有500条刻痕的平面透射光栅上时，试问最多能看到第几级光谱？并说明理由。 2. 按图9-4放置光栅有什么好处？ 3. 如果光线不是垂直入射光栅面，看到什么现象？如何调整？ 4. 试述光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处。