衍射光柵(汞光譜波長測量)

1、實驗名稱 衍射光柵(汞光譜波長測量一.目的與要求:1.觀察光柵的衍射光譜,理解光柵衍射基本規(guī)律;2.進一步熟悉分光計的調(diào)節(jié)與使用;3.測定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長。二.原理簡述:1.衍射光柵,光柵常量。光柵由大量相互平行、等寬、等距的狹縫(或刻痕構(gòu)成。原制光柵是用金剛石刻刀在精制的平行平面的光學(xué)玻璃上刻劃而成的。刻痕處,光射到它上面向四處散射而透不過去,兩刻痕之間相當(dāng)于透光狹縫。光柵上若刻痕寬度為a ,刻痕間距為b ,則d a b =+稱為光柵常量,它是光柵基本參數(shù)之一。2.光柵方程,光柵光譜。當(dāng)一束平行單色光垂直入射到光柵平面上時,光波將發(fā)生衍射。光衍射角滿足光柵方程sin d k

2、=,0,1,2k =±±。光會疊加,衍射后的光波經(jīng)過透鏡會聚后,在焦平面上將形成分隔得較遠的一條列對稱分布明條紋。如果入射光波含幾種不同波長的復(fù)色光,會形成衍射光譜。普通低壓汞燈每一級有4條特征譜線:紫光1435.8nm =,綠光2546.1nm =,黃光3577.0nm =和4579.1nm =。3.光柵常量與汞燈特征譜線波長的測量光垂直入射到光柵上,若已知,測出相應(yīng)的,就可以算出光柵常量d ;反之,若d 已知,測出i ,可以計算i 。三.實驗儀器分光計、光柵、雙面反射鏡、汞燈四.實驗內(nèi)容1.分光計調(diào)整與觀察汞燈衍射光譜。 (1認真調(diào)整好分光計;(2將光柵放于載物臺上。通

3、過調(diào)平螺絲使光柵平面與平行光管光軸垂直。轉(zhuǎn)動望遠鏡觀察汞燈衍射光譜。中央零級為白色,望遠鏡分別轉(zhuǎn)到左右時均可以看到第一級的4條彩色譜線;(3調(diào)節(jié)平行光管狹縫寬度,以能夠分辨出兩條緊靠的黃色譜線為準(zhǔn); 2.光柵常量與光譜線波長的測量。以綠光譜線的波長546.1nm =作為已知,測出第一級綠光明條紋的衍射角。為了消除偏心差,同時讀下T ,T '雙游標(biāo)的讀數(shù)。五. 六.數(shù)據(jù)處理 根據(jù)公式(/1/11141-+-=T T T T 得到綠光每次測量的衍射角 1933'=,2931'=,3933'=,4930'=,5932'=,6933'=那么932

4、'=,1'=,即9321''±=±。d nm ='22cos cos9321546.16sin sin sin 93218060d nm nm '''= ''(32976d d nm ±=±不同波長光在此光柵下的衍射角,測量波長值及相對誤差分別為 紫光:729'=,429.4nm =, 1.5%E =; 黃光(內(nèi):958'=,570.6nm =, 1.1%E =; 黃光(外:959'=,571.6nm =, 1.3%E =。 七.分析討論題1.試結(jié)合測量的百分誤差分析其產(chǎn)生的原因?答:在正常的誤差范圍內(nèi),一般產(chǎn)生誤差的原因:分光計沒有嚴格的調(diào)整好。平行光不是真正的平行光,兩軸線沒嚴格正交。視察沒有完全消除。測量時十字準(zhǔn)線沒有對準(zhǔn)光譜線的中間。移動望遠鏡時手不是拿著架子轉(zhuǎn)動,而是拿著目鏡轉(zhuǎn)動。兩人讀數(shù)的誤差等等。2.如果光柵平面和分光計轉(zhuǎn)軸平行,但光柵上刻線