大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（上）：光柵的衍射

光柵的衍射福州大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心11、了解光的衍射現(xiàn)象以及光柵分光的原理。2、測(cè)定光柵常數(shù)d的大小。3、測(cè)定光波的波長(zhǎng)

大小。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

2等寬度、等距離的狹縫排列起來(lái)的光學(xué)元件。光柵實(shí)驗(yàn)原理3光柵常數(shù)d=a+ba：透光部分的寬度b：不透光部分的寬度光柵常數(shù)d的數(shù)量級(jí)約為：4

單色平行光束垂直照射光柵，按照光柵衍射原理，衍射光柵中明條紋的位置為：式中d是光柵常數(shù)，

為k級(jí)譜線的衍射角，

為單色光波長(zhǎng)，k是亮條紋級(jí)次。此式稱為光柵方程，它是研究光柵衍射的重要公式。

5本實(shí)驗(yàn)中可明顯觀察到的汞燈譜線波長(zhǎng)（nm）404.7435.8546.1577.0579.0顏色紫藍(lán)綠黃1黃2k

=1k

=0k

=-1k

=2k=-26汞燈望遠(yuǎn)鏡平行光管載物平臺(tái)刻度盤游標(biāo)盤實(shí)驗(yàn)儀器7實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡：目的：使分光計(jì)主軸⊥望遠(yuǎn)鏡光軸；分劃板十字叉絲調(diào)節(jié)好的標(biāo)志：雙面平面鏡旋轉(zhuǎn)180°前后在望遠(yuǎn)鏡中都能清晰地看到綠色十字叉絲與分劃板上方叉絲相重合。8望遠(yuǎn)鏡小燈各半調(diào)節(jié)螺釘望遠(yuǎn)鏡焦距緊固螺釘分劃板焦距調(diào)節(jié)9調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的具體步驟：a、粗調(diào)：目測(cè)望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)基本水平。10b、點(diǎn)亮分光計(jì)的發(fā)光二極管，旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦調(diào)節(jié)手輪，使分劃板的叉絲清晰。分劃板焦距調(diào)節(jié)11ac、雙面平面鏡的放置：12d、從望遠(yuǎn)鏡視野中找到經(jīng)反射后的綠色“十”字叉絲的像，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡中的叉絲套筒，消除視差；使雙面平面鏡旋轉(zhuǎn)180°前后在望遠(yuǎn)鏡中都能清晰地看到像。此時(shí)，望遠(yuǎn)鏡已聚焦至無(wú)窮遠(yuǎn)。望遠(yuǎn)鏡焦距緊固螺釘十字叉絲13e、采用“各半調(diào)節(jié)法”，調(diào)節(jié)載物臺(tái)螺絲b或c和望遠(yuǎn)鏡的俯仰調(diào)節(jié)螺絲，使得綠色十字叉絲像與分劃板的上方叉絲重合。而且，旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)180°之后也能夠完全重合。此時(shí)，望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)轉(zhuǎn)軸相互垂直。調(diào)節(jié)螺絲14望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)好的標(biāo)志：分劃板十字叉絲15實(shí)驗(yàn)步驟2、調(diào)節(jié)平行光管：目的：使平行光管的光軸⊥分光計(jì)主軸；并且與望遠(yuǎn)鏡光軸共軸。調(diào)節(jié)好的標(biāo)志：在望遠(yuǎn)鏡中清晰的狹縫像位于分劃板中央，且狹縫像被分劃板中央水平線所平分。16狹縫寬度調(diào)節(jié)螺釘平行光管焦距調(diào)節(jié)緊固螺釘平行光管平行光管高度調(diào)節(jié)螺釘17b、前后移動(dòng)套筒，使狹縫的像最清晰；轉(zhuǎn)動(dòng)套筒，使狹縫的像與分劃板豎絲平行；a、點(diǎn)亮汞燈；調(diào)節(jié)平行光管的具體步驟：平行光管焦距緊固螺釘18c、調(diào)節(jié)平行光管俯仰螺絲，使狹縫像被分劃板中央水平叉絲線平分。狹縫像平行光管高度調(diào)節(jié)螺釘19d、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡位置，使狹縫像與分劃板豎直叉絲線重合。此時(shí)，可以將望遠(yuǎn)鏡的緊固螺絲鎖住，確保望遠(yuǎn)鏡與平行光管的光軸共軸。20平行光管調(diào)節(jié)好的標(biāo)志：21實(shí)驗(yàn)步驟3、調(diào)節(jié)光柵：目的：使光柵面⊥平行光管的光軸；且與分光計(jì)主軸平行。調(diào)節(jié)好的標(biāo)志：在望遠(yuǎn)鏡中清晰的中央明紋、十字叉絲與分劃板的豎直線重合，且所觀察到的衍射譜線等高。分劃板十字叉絲狹縫像22a、光柵的放置方法：光柵調(diào)節(jié)光柵的具體步驟：b、先粗調(diào)光柵面與分光計(jì)主軸相平行。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使得望遠(yuǎn)鏡視野中能夠看到清晰的十字叉絲像。23注意：只需光柵的一個(gè)面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直；d、望遠(yuǎn)鏡視野當(dāng)中的中央明紋、分劃板豎線、十字叉絲像豎線三者重合，如右圖所示。c、調(diào)節(jié)載物臺(tái)與光柵面相垂直的b或c調(diào)節(jié)螺絲，使望遠(yuǎn)鏡視野中的綠色十字叉絲像與分劃板的上方叉絲重合。分劃板十字叉絲狹縫像24e、鎖定載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲，松開(kāi)望遠(yuǎn)鏡緊固螺絲；轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡觀察衍射譜線。若各個(gè)譜線的高度不一致，則調(diào)節(jié)載物臺(tái)的a螺絲使得譜線等高，可以觀察到的譜線如下圖所示。25光柵調(diào)節(jié)好的標(biāo)志：需老師檢查分劃板十字叉絲狹縫像儀器調(diào)節(jié)時(shí)間到4：3026檢查要點(diǎn)1、狹縫是否被中央水平線平分；保證平行光管光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸同軸。2、綠色十字叉絲像和最上方叉絲重合；保證平行光垂直入射光柵。3、左右轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)所有譜線等高；保證光柵上狹縫和分光計(jì)轉(zhuǎn)軸平行。274、光柵常數(shù)的測(cè)量：5、譜線波長(zhǎng)的測(cè)量：測(cè)出k＝±1級(jí)兩條相鄰的黃光譜線對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，求出

。

2＝579.0nm測(cè)出k＝±2級(jí)綠光譜線對(duì)應(yīng)的讀數(shù)

。根據(jù)公式求出光柵常數(shù)d的大小。k

=1k

=0k

=-1k

=2k=-2黃2黃228分光計(jì)的讀數(shù)

分光計(jì)的讀數(shù)與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)類似，如上圖，游標(biāo)的零刻度線對(duì)準(zhǔn)的刻度盤讀數(shù)為116o15

。291、分光計(jì)是較精密的光學(xué)儀器，要加倍愛(ài)護(hù)，不應(yīng)在制動(dòng)螺絲鎖緊時(shí)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，也不要隨意擰動(dòng)狹縫。2、光柵是精密光學(xué)器件，嚴(yán)禁用手觸摸刻痕，注意輕拿輕放，以免弄臟或損壞。3、汞燈在使用時(shí)不要頻繁啟閉，否則會(huì)降低其壽命。4、在游標(biāo)讀數(shù)過(guò)程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能位于任何方位，故應(yīng)注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否過(guò)了刻度的零點(diǎn)。注意事項(xiàng)301、光柵調(diào)節(jié)完畢，讓老師過(guò)去檢查，待老師檢查完畢之后再進(jìn)行讀數(shù)與計(jì)算。調(diào)