物理實(shí)驗(yàn)光柵測量

物理實(shí)驗(yàn)光柵測量1第一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三

熟悉和掌握分光計(jì)的調(diào)整和使用方法；觀察汞光源通過光柵后的衍射光譜；根據(jù)譜線測定光柵常數(shù)、波長。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?第二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三實(shí)驗(yàn)原理大量等寬等間距平行狹縫構(gòu)成的光學(xué)元件。衍射光柵(透射光柵)一、光柵全息光柵：通過全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)顯影定影制成全息光柵。實(shí)驗(yàn)室中通常使用的衍射光柵，一般為100～600/mm。3第三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三二、光柵衍射根據(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，如圖所示。產(chǎn)生明條紋的條件為dsink=kλ

k=0,±1,±2,……其中d是光柵常數(shù)，k為第k級衍射角，為入射光波長，k給出了該明紋的級次。如果用會聚透鏡將衍射后的平行光會聚起來,透鏡后焦面上將出現(xiàn)一系列亮線----譜線.在=0的方向上可以觀察到零級譜線,其他級數(shù)的譜線對稱分布在零級兩側(cè).4第四頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三透光縫寬度a不透光縫寬度b光柵常數(shù):光柵常數(shù)與光柵單位長度的刻痕數(shù)N的關(guān)系5第五頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三光柵光譜及分辨本領(lǐng)光柵光譜0級1級2級-2級-1級3級-3級白光的光柵光譜6第六頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三這時(shí)在θ=0的方向上可以觀察到中央譜線極強(qiáng)（稱為零級譜線），其它級次的譜線則對稱地分布在零級譜線的兩側(cè)。在本實(shí)驗(yàn)中，所用的光源為汞燈，其衍射譜線如下圖:7第七頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三汞的特征譜線（nm）：623.4（紅）579.0/577.0（黃）546.1（綠）491.6（青）435.8（藍(lán)）407.8（紫）404.7（紫）8第八頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三調(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上，調(diào)節(jié)螺釘a2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)黑色雙十字叉絲的上十字叉絲線重合。

9第九頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三調(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)載物臺上螺釘a1使各譜線在望遠(yuǎn)鏡視場中等高。

測量衍射角：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，辨別其級數(shù)，讀取該譜線在中央明紋兩側(cè)的位置，記錄數(shù)據(jù)。

10第十頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.調(diào)節(jié)分光計(jì)至可以測量的狀態(tài)。2.將光柵放置在載物臺上，調(diào)節(jié)使平行光管垂直于光柵平面，觀察衍射譜線，調(diào)節(jié)使0級左右兩邊的譜線等高。3.測量汞燈光譜線中的546.1（綠）和579.0/577.0（黃）

（挨得很緊）的-1級、-2級和+1級、+2級的位置。注：如果已知入射光的波長,用分光計(jì)測出k級譜線對應(yīng)的衍射角k則可求光柵常數(shù)d;

若已知光柵常數(shù)d，則反過來也可求出該譜線對應(yīng)的入射光波長。11第十一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三4.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，使達(dá)到入射光垂直照射在光柵表面.5.測量黃光、綠光的光柵常數(shù).

為了消除分光計(jì)刻度盤的偏心差，對同一方位要同時(shí)讀出兩游標(biāo)盤的讀數(shù)，取其平均。例如，對＋k級，左右游標(biāo)讀數(shù)分別為k及k，對－k級，左右游標(biāo)讀數(shù)分別為’k及’k

（如圖），則k級衍射角為

6.將測量數(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)驗(yàn)結(jié)果的單位表示。請查閱相關(guān)書籍。12第十二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三0′15′30′50?51?

50?00′+14′

50?14′

α-2α′2β-2β′2

2=?[?∣α′2-α-2∣

+?∣β′2-β-2∣]

2

2-2+2-1+1013第十三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期三.附：實(shí)驗(yàn)常見問題及處理1.實(shí)驗(yàn)中觀察到的衍射條紋沒有與叉絲豎線平行就開始測量，這是記錄的數(shù)據(jù)顯然是由誤差的。調(diào)節(jié)載物臺的螺絲，使衍射條紋與叉絲豎線平行在測量。2.實(shí)驗(yàn)中所用的光柵能夠?qū)⑺獪y量的黃1和黃2分開，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1和黃2線幾乎分不開，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有：

1.