用透射光柵測光波波長物理實驗報告

華南師范大學實驗報告學生姓名

學

號專

業(yè)

化學

年級、班級課程名稱

物理實驗

實驗項目

用透射光柵測光波波長實驗類型□驗證

□設計

□綜合

實驗時間

2012

年

3

月

21實驗指導老師

實驗評分一、實驗目的：1、加深對光的衍射和光柵分光作用基本原理的理解。2、學會用透射光柵測定光波的波長及光柵常數(shù)。二、實驗原理：如圖1所示，自透鏡L1射出的平行光垂直地照射在光柵Ｇ上。透鏡L2將與光柵法線成θ角的衍射光會聚于其第二焦平面上的PθS點。產(chǎn)生衍射亮條紋的條件可由光柵方程求得：dsink（k＝1，2，…，n）（1）

L1

Gb

d

L2

P式中角是衍射角，是光波波長，k是光譜級數(shù)，d是光柵常數(shù)。當k＝０時，根據(jù)（1）式，任何波長的光都在0的方向上，即各種波長的光譜線重疊在一起，形成明亮的零級光譜，對于k

圖5—7—1的其它數(shù)值，不同波長的光譜線出現(xiàn)在不同的方向上（的值不同），k的正負兩組光譜，對稱地分布在零級光譜的兩側(cè)。若光柵常數(shù)d已知，在實驗中測定了某譜線的衍射角和對應的光譜級k，則可由（1）式求出該譜線的波長；反之，如果波長是已知的，則可求出光柵常數(shù)d。光柵方程對微分，就可得到光柵的角色散率D

dd

kdcos

（2）角色散率是光柵、棱鏡等分光元件的重要參數(shù)，它表示單位波長間隔內(nèi)兩單色譜線之間的角間距，當光柵常數(shù)d愈小時，角色散愈大；光譜的級次愈高，角色散也愈大。且當光柵衍射時，如果衍射角不大，則cos接近不變，光譜的角色散幾乎與波長無關，即光譜隨波長的分布比較均勻，這和棱鏡的不均勻色散有明顯的不同。當常數(shù)d已知時，若測得某譜線的衍射角和光譜級k，可依（2）式計算這個波長的角色散率。三、實驗儀器：分光計，平面光柵，汞燈四、實驗內(nèi)容與步驟：測定衍射角從光柵的法線（零級光譜亮條紋）起沿一方向（如向左）轉(zhuǎn)動望遠鏡筒，使望遠鏡中叉絲依次與第一級衍射光譜中紫、綠、黃（兩條）四條譜線重合（注意使用望遠鏡方位角微調(diào)螺釘）并記錄1，1，與每一譜線對應的角坐標的讀數(shù)（兩個游標φ1和φ1＇都要讀。注意：此時讀出的是角位置，不是衍射角）。再反向轉(zhuǎn)動望遠鏡，越過法線，記錄另一邊四條譜線對應的角坐標的讀數(shù)φ2和φ2＇。對應同一顏色譜線的左右兩邊的角坐標之差，即為該譜線衍射角θ的2倍。五、數(shù)據(jù)處理：１.求出各譜線的θ及平均值。

1

1212光譜

光譜級數(shù)

K=1

K=-1

1

'1

2

'2紫綠黃1黃2

102。3'100。8'99。35'99。31'

282。5'280。12'279。37'279。33'

117。2'118。51'119。19'119。31'

297。5'298。56'299。28'299。34'

7。29'45”9。21'45”9。53'45”10。0'15”2.以汞燈綠譜線的波長為已知，將所測綠譜線的衍射角θ代入（1）式，其中k1，求出光柵常數(shù)d(汞燈綠譜線的波長5460.71010m)d=

ksin

15460.71010sin9。21'45''

=3.361063．由其它三條譜線（紫、黃）衍射角θ和求得的d代入（1）式，算出相應的波長。紫：

dsink

3.36106sin7。29'45"1

4.38107m黃1：黃2：

dsinkdsink

3.36106sin9。53'45"13.36106sin10。0'15"1

5.77107m5.84107m4.將汞燈各譜線的衍射角代入（2）式中，計算出光柵相應于各譜線的第一級角色散率。紫：D=

kdcos

3.3610

16cos7。29'45''

3.00105綠：D=

kdcos

3.3610

16cos9。21'45''

3.0110544黃1：D=

kdcos

3.3610

16cos9。53'45''

3.02105黃2：D=

kdcos

13.36106cos10。0'15''

3.02105六、思考題：1、調(diào)節(jié)光柵過程中，如發(fā)現(xiàn)光譜線傾斜，說明什么問題？應如何調(diào)整？可能是光柵擺歪了，把光柵垂直擺放即可。2、實驗中你最多能觀察到幾級光譜？最多能看見2級（0級、1級）3、分析光