光栅衍射实验报告.doc

光栅衍射实验报告

【实验目的】
(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;
(2)学****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】
衍射光栅,, (3) ，，
若以?表示入射光与第m级衍射光的夹角，称为偏向角，
(4) ,,，,i
,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,,i
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
,i,, (5) ,2
带入式(3)得
,2sindm, m=0，?1，?2，… (6) ,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(6)算出波长。 【实验仪器】
1。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。
2。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，将会发现衍射光谱是倾斜的并且倾斜方向垂直于光栅刻痕的方向不平行于分光计方向，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。
3(水银灯
1( 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




***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，否则会降低其寿命。
3)水银灯的紫外线很强，不可直视。
【实验内容】
(1)调整分光计和光栅以满足测量要求。
(2)在光线垂直入射的情形下，即i=0时，测定光栅常数和光波波长。 ?调整光栅平面与平行光管的光轴垂直。平行光垂直入射于光栅平面，这是式(2)成立的条件，因此应做仔细调节，使该项要求得到满足。调节方法是:先将望远镜的竖叉丝对准零级谱线的中心，从刻度盘读出入射光的方位(注意:零级谱线很强，长时间观察会伤害眼睛，观察时必须在狭缝前加一两层白纸以减弱其光强)。再测出同一m级左右两侧一对衍射谱线的方位角，分别计算出它们与入射光的夹角，如果二者之差不超过a,角度，就可认为是垂直入射。
平行光管 光栅 望远镜
a b
c
光栅G在小平台上的位置 光栅调节示意图
,?课前由式(2)推导出d和的不确定度公式。为了减少测量误差，应根据观察到的各级谱
线的强弱及不确定度的公式来决定测量第几级的较为合理。 ,m
,dA,用推导d的不确定度 dmsin,,,m
=> dmsin,,,dm,,,/sinmm
lnlnlnln(sin)dm,，,,,m
,ln1d,ln1dcos,,ln1dm,