物理實(shí)驗(yàn)-光柵測(cè)量ppt課件

1、光柵測(cè)量光柵測(cè)量衍射光柵Diffraction Gratings）物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新 熟悉和掌握分光計(jì)的調(diào)整和使用方法；熟悉和掌握分光計(jì)的調(diào)整和使用方法； 觀察汞光源通過(guò)光柵后的衍射光譜；觀察汞光源通過(guò)光柵后的衍射光譜； 根據(jù)譜線測(cè)定光柵常數(shù)、波長(zhǎng)。根據(jù)譜線測(cè)定光柵常數(shù)、波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康奈锢韺?shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理大量等寬等間距平行狹縫大量等寬等間距平行狹縫構(gòu)成的光學(xué)元件。構(gòu)成的光學(xué)元件。衍射光柵衍射光柵 ( (透射光柵透射光柵) )全息光柵：通過(guò)全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)顯影定影全息光柵：通過(guò)全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板

2、上曝光，經(jīng)顯影定影制成全息光柵。制成全息光柵。實(shí)驗(yàn)室中通常使用的衍射光柵實(shí)驗(yàn)室中通常使用的衍射光柵 ，一般為一般為100100600/mm600/mm。物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新badf根據(jù)波動(dòng)光學(xué)理論，當(dāng)單色平行光垂直照射在光柵面上時(shí)，將產(chǎn)生夫瑯根據(jù)波動(dòng)光學(xué)理論，當(dāng)單色平行光垂直照射在光柵面上時(shí)，將產(chǎn)生夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象，如下圖。產(chǎn)生明條紋的條件為和費(fèi)衍射現(xiàn)象，如下圖。產(chǎn)生明條紋的條件為 dsink =k k= 0, 1, 2,其中其中d是光柵常數(shù)，是光柵常數(shù)，k為為第第k級(jí)衍射角，級(jí)衍射角， 為入射光波為入射光波長(zhǎng)，長(zhǎng)，k給出了該明紋的級(jí)次。給出了該明紋的級(jí)次。如果用會(huì)聚透鏡將衍射后

3、的平如果用會(huì)聚透鏡將衍射后的平行光會(huì)聚起來(lái)行光會(huì)聚起來(lái),透鏡后焦面上透鏡后焦面上將出現(xiàn)一系列亮線將出現(xiàn)一系列亮線-譜線譜線.在在=0的方向上可以觀察到零的方向上可以觀察到零級(jí)譜線級(jí)譜線,其他級(jí)數(shù)的譜線對(duì)稱(chēng)其他級(jí)數(shù)的譜線對(duì)稱(chēng)分布在零級(jí)兩側(cè)分布在零級(jí)兩側(cè).物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新bad透光縫寬度透光縫寬度 a a不透光縫寬度不透光縫寬度 b b光柵常數(shù)光柵常數(shù): :光柵常數(shù)與光柵單位長(zhǎng)度的刻光柵常數(shù)與光柵單位長(zhǎng)度的刻痕數(shù)痕數(shù)NN的關(guān)系的關(guān)系Nbad1badf物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新光柵光譜及分辨本領(lǐng)光柵光譜及分辨本領(lǐng)光柵光譜0級(jí)級(jí)1級(jí)級(jí)2級(jí)級(jí)-2級(jí)級(jí)-1級(jí)級(jí)3級(jí)級(jí)-3級(jí)級(jí)白光的

4、光柵光譜白光的光柵光譜物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新, 2, 1, 0sinkkd這時(shí)在這時(shí)在=0=0的方向上可以觀察到中央譜線極強(qiáng)稱(chēng)為零級(jí)譜線），其它級(jí)的方向上可以觀察到中央譜線極強(qiáng)稱(chēng)為零級(jí)譜線），其它級(jí)次的譜線則對(duì)稱(chēng)地分布在零級(jí)譜線的兩側(cè)。次的譜線則對(duì)稱(chēng)地分布在零級(jí)譜線的兩側(cè)。 在本實(shí)驗(yàn)中，所用的光源為汞燈，其衍射譜線如下圖在本實(shí)驗(yàn)中，所用的光源為汞燈，其衍射譜線如下圖: :物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新汞的特征譜線汞的特征譜線nmnm）：）：623.4623.4紅）紅）579.0/577.0579.0/577.0黃）黃）546.1546.1綠）綠）491.6491.6青）青）43

5、5.8435.8藍(lán)）藍(lán)）407.8407.8紫）紫）404.7404.7紫）紫）物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新調(diào)節(jié)光柵平面與平行光管的光軸垂直：調(diào)節(jié)光柵平面與平行光管的光軸垂直： 將平面鏡按下圖示方位放置在載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)螺釘將平面鏡按下圖示方位放置在載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)螺釘a2或或a3使有光柵表面反射回到望遠(yuǎn)鏡中的十字與目鏡內(nèi)黑色雙十使有光柵表面反射回到望遠(yuǎn)鏡中的十字與目鏡內(nèi)黑色雙十字叉絲的上十字叉絲線重合。字叉絲的上十字叉絲線重合。 物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新調(diào)節(jié)光柵的刻痕與分光儀主軸平行：調(diào)節(jié)光柵的刻痕與分光儀主軸平行： 轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，觀察各級(jí)譜線，注意中央主極大條紋兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，觀

6、察各級(jí)譜線，注意中央主極大條紋兩側(cè)的譜線是否等高，若不等高，微調(diào)載物臺(tái)上螺釘?shù)淖V線是否等高，若不等高，微調(diào)載物臺(tái)上螺釘a1使各使各譜線在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中等高。譜線在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中等高。 測(cè)量衍射角：測(cè)量衍射角： 使望遠(yuǎn)鏡中黑色雙十字叉絲豎直線、亮十字豎直線、狹使望遠(yuǎn)鏡中黑色雙十字叉絲豎直線、亮十字豎直線、狹縫像三者重合；轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，選擇一條明亮譜線，辨別縫像三者重合；轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，選擇一條明亮譜線，辨別其級(jí)數(shù)，讀取該譜線在中央明紋兩側(cè)的位置，記錄數(shù)據(jù)。其級(jí)數(shù)，讀取該譜線在中央明紋兩側(cè)的位置，記錄數(shù)據(jù)。 物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.1.調(diào)節(jié)分光計(jì)至可以測(cè)量的調(diào)節(jié)分光計(jì)至可以測(cè)量

7、的狀態(tài)。狀態(tài)。2.2.將光柵放置在載物臺(tái)上，將光柵放置在載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)使平行光管垂直于光柵調(diào)節(jié)使平行光管垂直于光柵平面，平面， 觀察衍射譜線，調(diào)節(jié)使觀察衍射譜線，調(diào)節(jié)使0 0級(jí)級(jí)左右兩邊的譜線等高。左右兩邊的譜線等高。 3.3.測(cè)量汞燈光譜線中的測(cè)量汞燈光譜線中的546.1546.1綠和綠和579.0/577.0579.0/577.0黃）黃） （挨得很緊的（挨得很緊的-1-1級(jí)、級(jí)、-2-2級(jí)級(jí)和和+1+1級(jí)、級(jí)、 + 2+ 2級(jí)的位置。級(jí)的位置。注：如果已知入射光的波長(zhǎng)注：如果已知入射光的波長(zhǎng), ,用分光計(jì)測(cè)出用分光計(jì)測(cè)出k k級(jí)譜線對(duì)應(yīng)的級(jí)譜線對(duì)應(yīng)的衍射角衍射角k k則可求光柵常數(shù)則可求光

8、柵常數(shù)d ;d ; 若已知光柵常數(shù)若已知光柵常數(shù)d d，則反過(guò)來(lái)也可求出該譜線對(duì)則反過(guò)來(lái)也可求出該譜線對(duì)應(yīng)的入射光波長(zhǎng)應(yīng)的入射光波長(zhǎng)。物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新4.調(diào)整分光計(jì)處于正常工作狀態(tài)。安置光柵，調(diào)節(jié)平臺(tái)，使達(dá)到調(diào)整分光計(jì)處于正常工作狀態(tài)。安置光柵，調(diào)節(jié)平臺(tái)，使達(dá)到入射光垂直照射在光柵表面入射光垂直照射在光柵表面.5.測(cè)量黃光、綠光的光柵常數(shù)測(cè)量黃光、綠光的光柵常數(shù). 為了消除分光計(jì)刻度盤(pán)的偏心差，對(duì)同一方位要同時(shí)讀出為了消除分光計(jì)刻度盤(pán)的偏心差，對(duì)同一方位要同時(shí)讀出兩游標(biāo)盤(pán)的讀數(shù)，取其平均。例如，對(duì)兩游標(biāo)盤(pán)的讀數(shù)，取其平均。例如，對(duì)k級(jí)，左右游標(biāo)讀數(shù)分級(jí)，左右游標(biāo)讀數(shù)分別為別為

9、k及及k，對(duì)，對(duì)k級(jí)，左右游標(biāo)讀數(shù)分別為級(jí)，左右游標(biāo)讀數(shù)分別為k及及k （如（如圖），則圖），則k級(jí)衍射角為級(jí)衍射角為 6.將測(cè)量數(shù)據(jù)填入自擬表格、用列表法記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、并用公式將測(cè)量數(shù)據(jù)填入自擬表格、用列表法記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、并用公式計(jì)算。算出相對(duì)誤差計(jì)算。算出相對(duì)誤差E 。7.注意是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求自補(bǔ)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟；并注意實(shí)注意是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求自補(bǔ)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟；并注意實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位表示。請(qǐng)查閱相關(guān)書(shū)籍。驗(yàn)結(jié)果的單位表示。請(qǐng)查閱相關(guān)書(shū)籍。kkkkk41物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新015305051 50 00+ 14 50 14 -2 2-2 2 2= 2-2 + 2-2 2

10、 2-2+2-1+10物理實(shí)驗(yàn)中心探物、窮理、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新.附：實(shí)驗(yàn)常見(jiàn)問(wèn)題及處理1.1.實(shí)驗(yàn)中觀察到的衍射條紋沒(méi)有與叉絲豎線平行就開(kāi)始測(cè)量，這是記實(shí)驗(yàn)中觀察到的衍射條紋沒(méi)有與叉絲豎線平行就開(kāi)始測(cè)量，這是記錄的數(shù)據(jù)顯然是由誤差的。調(diào)節(jié)載物臺(tái)的螺絲，使衍射條紋與叉絲豎錄的數(shù)據(jù)顯然是由誤差的。調(diào)節(jié)載物臺(tái)的螺絲，使衍射條紋與叉絲豎線平行在測(cè)量。線平行在測(cè)量。2.2.實(shí)驗(yàn)中所用的光柵能夠?qū)⑺獪y(cè)量的黃實(shí)驗(yàn)中所用的光柵能夠?qū)⑺獪y(cè)量的黃1 1和黃和黃2 2分開(kāi)，然而在實(shí)驗(yàn)中分開(kāi)，然而在實(shí)驗(yàn)中有些實(shí)驗(yàn)者調(diào)出的衍射條紋中黃有些實(shí)驗(yàn)者調(diào)出的衍射條紋中黃1 1和黃和黃2 2線幾乎分不開(kāi)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象線幾乎分不開(kāi)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有：的原因有： 1.1.）狹縫調(diào)