光柵衍射法測(cè)定光波長(zhǎng)

光柵衍射法測(cè)定光波長(zhǎng)第1頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)。理解光柵衍射現(xiàn)象。學(xué)習(xí)用光柵衍射法測(cè)定光的波長(zhǎng)或光柵常數(shù)。第2頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)原理及背景知識(shí)介紹：

光柵和棱鏡一樣，是重要的分光光學(xué)元件，已廣泛應(yīng)用在光柵譜儀、光柵單色儀等。光柵是一組數(shù)目極多的等寬、等距和平行排列的狹縫，分為透射光柵和反射光柵兩種。本實(shí)驗(yàn)中用的是平面透射光柵。第3頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)原理及背景知識(shí)介紹：當(dāng)光垂直入射到光柵面上時(shí)，透射光在滿足式：

dsinφ=kλ(k=0,±1,±2,…)（1）的衍射角φ方向上有亮條紋出現(xiàn)，（如圖1）。對(duì)已知波長(zhǎng)的光波，測(cè)出其經(jīng)光柵衍射后的衍射角，并判定其級(jí)次k后，即可測(cè)出所用光柵的光柵常數(shù)d，已知光柵常數(shù)d，就可以通過測(cè)出待測(cè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的衍射角φ后，計(jì)算出待測(cè)波長(zhǎng)。第4頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)原理及背景知識(shí)介紹：入射光光柵中央明條紋

K=0一級(jí)明條紋K=+1一級(jí)明條紋K=-1綠黃圖1光柵衍射光譜示意圖黃綠第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)儀器介紹：不透光部分透光狹縫ab光柵由透光的狹縫和不透光部分構(gòu)成，令a表示透光狹縫的寬度，b表示不透光部分的寬度，則光柵常數(shù)d=a+b，習(xí)慣上用單位毫米里的狹縫數(shù)目N來描述光柵特征（如圖2）。光柵常數(shù)d與N的關(guān)系為：圖2光柵結(jié)構(gòu)示意圖第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：１．調(diào)節(jié)分光計(jì)（1）把望遠(yuǎn)鏡目鏡分劃板上的叉絲調(diào)節(jié)清晰；（2）把望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)到適合觀察平行光；（3）把望遠(yuǎn)鏡的光軸調(diào)節(jié)到與儀器的主軸垂直；（4）把平行光管調(diào)節(jié)到能夠出射平行光；（5）把平行光管的光軸調(diào)節(jié)到與望遠(yuǎn)鏡共軸；（6）把狹縫調(diào)節(jié)成豎直狀態(tài)且寬度適中。第7頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：２．光波長(zhǎng)的測(cè)量利用分光計(jì)裝置，根據(jù)光柵衍射的光路放置好光柵并觀察光柵衍射現(xiàn)象，把分光計(jì)的望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)級(jí)的衍射條紋，測(cè)量出級(jí)衍射條紋兩方向?qū)?yīng)的讀數(shù)和，計(jì)算出衍射角。根據(jù)公式（１）可算出光波長(zhǎng)。第8頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)步驟：一．調(diào)節(jié)分光計(jì)。三．測(cè)定衍射角Φ三．計(jì)算光波長(zhǎng)λ二．根據(jù)光路圖放置好光柵并觀察光柵衍射現(xiàn)象。第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)

1．粗調(diào)（1）目測(cè)粗調(diào)使望遠(yuǎn)鏡光軸大致水平，并粗調(diào)平行光管使其與望遠(yuǎn)鏡大致共軸。（2）調(diào)節(jié)載物臺(tái)水平度調(diào)節(jié)螺絲使載物臺(tái)臺(tái)面大致水平。第10頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（1）目鏡調(diào)焦目鏡調(diào)焦的目的是使眼睛通過目鏡能很清楚地看到目鏡中分劃板上的刻線和叉絲。調(diào)焦辦法：接通儀器電源，把目鏡調(diào)焦手輪旋出，然后一邊旋進(jìn)一邊從目鏡中觀察，直到分劃板刻線成像清晰，再慢慢地旋出手輪，至目鏡中刻線的清晰度將被破壞而未被破壞時(shí)為止（如圖3）。

遮光窗圖3目鏡分劃板第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（2）應(yīng)用自準(zhǔn)法對(duì)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，使其適合觀察平行光

a、

接上電源，將分劃板照亮。

b、將雙面反射鏡放在載物臺(tái)上（如圖4）。

c、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡府仰角螺釘，尋找經(jīng)過平面鏡反射回來的的綠十字，并前后移動(dòng)目鏡裝置對(duì)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，使綠十字叉絲成像清晰（如圖5）。圖4雙面反射鏡的放置圖5雙面反射鏡反射回來的綠十字第12頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（3）應(yīng)用各半調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的光軸與儀器的主軸垂直。

a、望遠(yuǎn)鏡內(nèi)出現(xiàn)清晰的綠十字叉絲像，而與分劃板上方的十字刻度線有一定的高度差

h（圖6a）。

b、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲，使高度差?

h?減小一半（圖6b）。

c、再調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺絲b?或c，使高度差全部消除（圖6c）。

圖6各半調(diào)節(jié)法示意圖第13頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)d、旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，使雙面反射鏡轉(zhuǎn)過180°，重復(fù)各調(diào)一半法，使綠十字叉絲像如圖

6(c)所示。e、重復(fù)上述步驟，使經(jīng)雙面反射鏡兩個(gè)面反射的的綠十字叉絲像均如圖6(c)所示。第14頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)3、調(diào)節(jié)平行光管（1）調(diào)節(jié)平行光管，使其適合觀察平行光調(diào)節(jié)平行光管上的狹縫裝置在平行光管軸線上的位置，直到狹縫的像最清晰，此時(shí)平行光管出射平行光，如圖7所示。圖7平行光管出射平行光第15頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)3、調(diào)節(jié)平行光管（2）調(diào)節(jié)平行光管，使其與望遠(yuǎn)鏡共軸旋轉(zhuǎn)狹縫90o，使其與目鏡分劃板水平刻線平行，調(diào)節(jié)平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘，使狹縫與目鏡視場(chǎng)中心的水平刻線重合，如圖8所示。圖8平行光管與望遠(yuǎn)鏡共軸示意圖第16頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)節(jié)分光計(jì)3、調(diào)節(jié)平行光管（3）調(diào)節(jié)縫寬適中（0.5mm左右）旋轉(zhuǎn)狹縫90o，使其與目鏡分劃板豎直刻線平行，調(diào)節(jié)狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪，使狹縫寬度適中，如圖9所示。圖9狹縫寬度調(diào)節(jié)示意圖第17頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月二、放置光柵光柵（1）用汞燈照亮平行光管的狹縫，使望遠(yuǎn)鏡目鏡中的分劃板上的中心垂線對(duì)準(zhǔn)狹縫的像，然后固定望遠(yuǎn)鏡。（2）將裝有光柵的光柵支架置于載物臺(tái)上，使其一端對(duì)準(zhǔn)調(diào)平螺絲a1

，一端置于另兩個(gè)調(diào)平螺絲a2、a3的中點(diǎn)，如圖10所示。（3）旋轉(zhuǎn)游標(biāo)盤并調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲a2或a3

，當(dāng)從光柵平面反射回來的“十”字像與分劃板上方的十字線重合時(shí)，如圖11所示，固定游標(biāo)盤。

1、調(diào)節(jié)光柵平面使其與平行光管的光軸垂直：圖10光柵放置示意圖圖11光柵反射綠十字示意圖第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月二、放置光柵2、觀察光柵衍射現(xiàn)象：圖12汞燈的部分光柵衍射光譜示意圖放置好光柵后，移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡觀察光柵的正負(fù)級(jí)衍射條紋，并通過調(diào)節(jié)載物臺(tái)的調(diào)平螺釘，使正負(fù)級(jí)的條紋等高，如圖12所示。第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月三、測(cè)定衍射角Φ

1、把分光計(jì)的望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)級(jí)的衍射條紋，測(cè)量出級(jí)衍射條紋方位對(duì)應(yīng)的讀數(shù)。

2、把分光計(jì)的望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)級(jí)的衍射條紋，測(cè)量出級(jí)衍射條紋方位對(duì)應(yīng)的讀數(shù)。

3、不改變光柵的位置，重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)8次。

4、按照下列公式計(jì)算衍射角。第20頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月四、計(jì)算光波長(zhǎng)λ

將測(cè)量出來的衍射角Φ的值，光柵常數(shù)d，衍射級(jí)別k的值代入下式：dsinφ=kλ(k=0,±1,±2,…)（1）即可得到被測(cè)光線的波長(zhǎng)λ。第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)完成當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成，所有實(shí)驗(yàn)相關(guān)原始數(shù)據(jù)（包括每一測(cè)量量的儀器示值誤差）都已按要求記錄在預(yù)習(xí)報(bào)告的三線表中后，可示意教師檢驗(yàn)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師在檢查、核對(duì)完該同學(xué)的儀器狀態(tài)與數(shù)據(jù)無誤并簽字后，填寫好儀器使用登記表，整理好儀器，并收回椅子，方可離開實(shí)驗(yàn)室第22頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題：如果光柵常數(shù)不知道，又要用它來測(cè)量波長(zhǎng)，怎么辦？分析測(cè)量同一種顏色不同級(jí)數(shù)的光時(shí)，對(duì)波長(zhǎng)測(cè)量結(jié)果的影響。若平行光管的狹縫過大，請(qǐng)問它對(duì)測(cè)量結(jié)果的