大学物理实验报告系列之衍射光栅.doc

:..螈袂【实验名称】衍射光栅蚃【实验目的】,理解光栅衍射基本规律。。、角色散率和汞原子光谱部分特征波长。肂【实验仪器】螀JJY1′型分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等薆【实验原理】、光栅常数蒂图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度,b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。膇蚈图40-1图40-2光栅衍射原理图蚅图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度,b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。、光栅光谱羇由图40-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为:蒅螄式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b为光栅常数,若在光栅片上每厘米刻有n条刻痕,则光栅常数cm。j为衍射角。莀当衍射角j满足光栅方程:蚇(k=0,±1,±2…)(40-1)薇时,光会加强。式中l为单色光波长,k是明条纹级数。袂螀图40-3如果光源中包含几种不同波长的复色光,除零级以外,同一级谱线将有不同的衍射角j。因此,在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的谱线,称为光栅光谱。相同k值谱线组成的光谱为同一级光谱,于是就有一级光谱、二级光谱……之分。图40-3为低压汞灯的衍射光谱示意图,它每一级光谱中有4条特征谱线:紫色l1=,绿色l2=,黄色两条l3==。(简称色散率)薈从光栅方程可知衍射角j是波长的函数,这就是光栅的角色散作用。衍射光栅的色散率定义为:芄腿上式表示,光栅的色散率为同一级的两谱线的衍射角之差Dj与该两谱线波长差Dl的比值。通过对光栅方程的微分,D可表示成:膈(40-2)莅由上式可知,光栅光谱具有以下特点:光栅常数d愈小(即每毫米所含光栅刻线数目越多)角色散愈大;高级数的光谱比低级数的光谱有较大的角色散;衍射角j很小时,式(40-2)中的,色散率D可看作一常数,此时Dj与Dl成正比,故光栅光谱称匀排光谱。(40-1)式可知,若已知入射光在某一级某一条光谱线的波长值,并测出该谱线的衍射角j,就可以求出所用光栅的光栅常数d。反之,若已知所用光栅的光栅常数,则可由(40-1)式测出光源发射的各特征谱线的波长。j角的测量可由分光计进行。羈【实验内容】蒇光栅常数与光波波长的测量螅(1)以绿色光谱线的波长l=。测出其第一级(k=1)光谱的衍射角j。为了消除分光计的偏心差,应同时读出分光计左、右两游标的读数。对k=+1时,记下S1、S2;对k=-1时,记下S1′、S2′。则所测得的j为:节虿重复测量6次,计算d值及其不确定度u(d)。芄(2)以绿色谱线测量计算所得的光栅常数d为已知,按上述步骤分别测出紫色和两条黄袃色谱线的j角,各测一次,求出各自的波长值l。,求出光栅的色散率D。荿【数据表格与数据记录】芅绿光羂次数膁1膀2莇3莄4薀5袀6膄蒃聿蚀膆袅蚃膇芇羃膂袇肄肂薁薇膆蒄羁莈膇薂蒀肈羄羅袀衿肆肃薃