大二下物理实验-光栅衍射.doc

光栅衍射实验
[实验目的]
(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;
(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法;
(3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
[实验原理]
一、测定光栅常数和光波波长
光栅上的刻痕起着不透光的作用,当一束单色光垂直照射在光栅上时,各狭缝的光线因衍射而向各方向传播,经过透镜会聚相互产生干涉,并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
如图1所示,设光栅常数d=AB的光栅G,有一束平行光与光栅的法线成i角的方向,入射到光栅上产生衍射。从B点作BC垂直于入射光CA,再作BD垂直于衍射光AD,AD与光栅法线所成的夹角为j。如果在这方向上由于光振动的加强而在F处产生了一个明条纹,其光程差CA+AD必等于波长的整数倍,即:
()
式中,l为入射光的波长。当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时,()式括号内取正号,在光栅法线两侧时,()式括号内取负号。
如果入射光垂直入射到光栅上,即i=0,则()式变成:
()
这里,k=0,±1,±2,±3,…,k为衍射级次,jk为第k级谱线的衍射角。
图1 光栅的衍射
图2衍射光谱的偏向角示意图

如图2所示,波长为的光束入射在光栅G上,入射角为i,若与入射线同在光栅
法线n一侧的m级衍射光的衍射角为沪,则由式()可知
()
若以△表示入射光与第m级衍射光的夹角,称为偏向角,
()
显然,△随入射角i而变,不难证明时△为一极小值,记作,称为最小偏向角。并且仅在入射光和衍射光处于法线同侧时才存在最小偏向角。此时
()
带入式()得
m=0,±1,±2,…()
由此可见,如已知光栅常数d,只要测出了最小偏向角,就可根据式()算出波长。
[实验仪器]
一、分光计
。在本实验的各项任务中,为实现平行光入射并测准光线方叫位角,分光计的调整应满足:望远镜适合于观察平叫行光,平行光管发出平行光,并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。
二、光栅
如前所述,光栅上有许多平行的,等距离的刻线。在本实验中应使光栅刻线与分光计主轴平行。如果光栅刻线不平行于分光计主轴,,但谱线本身仍平行于狭缝,。显然这会影响测量结果。通过调整小平台,可使光栅刻痕平行于分光计主轴。为调节方便,放置光栅时应使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线,。
三、水银灯、
水银灯谱线的波长
水银灯谱线的波长
颜色
紫
绿
黄
红








波长/nm







汞灯的多级衍射光谱

l)水银灯在使用中必须与扼流圈串接,不能直接接220V电源,否则要烧毁。
2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭,否则会