大学物理实验教案-用透射光栅测定光波波长.doc

大学物理实验教案
实验名称
用透射光栅测定光波波长
教学时数
2学时
教学目的
和要求
1、理解光栅衍射的基本原理与特点;
2、掌握分光仪、光栅的调节要求与方法,掌握各步调节的目的和实现的判据;
3、认识光栅光谱的分布规律,并能正确判别衍射光谱的级次;
4、利用光栅测定光栅常量、光波波长。
教学重点
1、分光仪、光栅的调节要求与方法。
2、正确判别衍射光谱的级次。
3、分光仪的正确读数。
教学难点
1、分光仪、光栅的调节要求与方法。
2、分光仪的正确读数。
教学内容
1、分光仪的调整
2、光栅的调整
3、在分光仪上正确测量光栅各级衍射角
4、测定光栅常量、光波波长
教学方法
先讲授,然后实际演示操作要点。
教学手段
学生操作,随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示,学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。
时间分配
讲授30分钟,学生操作70分钟。
板书设计
实验目的、测量关系式、数据记录表格。
主要参
考资料
1、杨述武等,《普通物理实验》(第四版)[M]. 北京:高等教育出版社,2007.
2、郑庚兴,《大学物理实验》[M]. 上海:上海科学技术文献出版社,2004.
3、黄水平,《大学物理实验》[M]. 北京:机械工业出版社,2012.
4、徐扬子,丁益民,《大学物理实验》[M]. 北京:科学出版社,2006.
5、李蓉,《基础物理实验教程》[M]. 北京:北京师范大学出版社,2008.
实验名称:用透射光栅测定光波波长
实验目的:
1、理解光栅衍射的基本原理与特点;
2、掌握分光仪、光栅的调节要求与方法,掌握各步调节的目的和实现的判据;
3、认识光栅光谱的分布规律,并能正确判别衍射光谱的级次;
4、利用光栅测定光栅常量、光波波长。
实验仪器:
分光计透射光栅
双面反射镜汞灯
实验原理:
若以单色平行光束垂直照射光栅,通过每个狭缝的光都会发生衍射,这些衍射光又在一些特殊方向上被透镜会聚于焦平面上一点后,因干涉加强而型成各级亮线,如图1,若衍射角为φ的光束经透镜会聚后互相加强,则角φ必须满足关系式
即光程差必须等于光波长的整数倍。式中λ为单色光波长,k是亮条纹级次,jk为k级谱线的衍射角。此式称为光栅方程,它是研究光栅衍射的重要公式。
如果入射光是复色光,由于各色光的波长各不相同,则由公式(41-1)可以看出,其衍射角也各不相同,经过光栅后,复色光被分解为单色光。在中央, 位置处,各色光仍将重叠在一起,形成0级亮条纹。而在中央亮条纹两侧,各种波长的单色光产生各自对应的谱线,同级谱线组成一个光带,这些光带的整体叫做衍射光谱。如图所示,它们对称地分布在中央亮条纹的两侧。
测量光栅常数
用汞灯光谱中的绿线()作为已知波长测量光栅常数d。测量公式

测量波长
用上面求出的光栅常数,测量光谱线的波长。测量公式

3. 光栅的角色散
角色散是光栅的重要参数,它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离。汞灯光谱中双黄线的波长差之差=,两条谱线偏向角之差和两者波长之差之比:

对光栅方程微分可有

由上式可知,光栅光谱具有如下特点:光栅常数d越小,色散率越大;高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率