光柵衍射法測定氖光及其汞燈波長

實驗名稱：光柵衍射法測定氖光及其汞燈波長錢學(xué)森92班宋有波090450541實驗?zāi)康?）熟練分光計的調(diào)節(jié)。2）理解光柵衍射現(xiàn)象；3）學(xué)習(xí)用光柵衍射法測定光的波長。2實驗器材分光計、平面透射光柵、氖燈、傳感器，計算機(jī)3實驗原理3.1實驗原理光柵和棱鏡一樣，是重要的分光光學(xué)元件，已廣泛應(yīng)用在光柵光譜儀、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。它分為透射光柵和反射光柵兩種。應(yīng)用透射光工作的稱為透射光柵，應(yīng)用反射光工作的稱為反射光柵。現(xiàn)代制造光柵主要有刻劃光柵、復(fù)制光柵和全息光柵等形式。本實驗用的是平面透射光柵。描述光柵特征的物理量是光柵常數(shù)d，其大小等于狹縫寬度a與狹縫間不透光部分的寬度b之和，即，習(xí)慣上用單位毫米里的狹縫數(shù)目N來描述光柵特性。光柵常數(shù)與的關(guān)系為（1）根據(jù)夫瑯禾費衍射理論，波長為λ的平行光束垂直入射到光柵平面上時，透射光將形成衍射現(xiàn)象，即在一些方向上由于光的相互加強(qiáng)后光強(qiáng)度特別大，而其他的方向上由于光的相消后光強(qiáng)度很弱就幾乎看不到光。圖40-1給出了形成光柵衍射的光路圖。如果入射光源為線光源，經(jīng)過光柵后衍射圖樣為一些相距較大的銳利的色彩斑斕的明亮條紋組成。而這些亮條紋3332145ff+2+10-1-21、光源2、狹縫3、凸透鏡4、平面透射光柵5、光柵衍射光譜圖40—1實驗原理示意圖-1-1-2+1+20紫綠黃黃紫綠紫綠黃紫綠黃圖40—2汞燈的部分光柵衍射光譜示意圖所在的方位由光柵方程所確定，方程為（）（2）其中，d為光柵常數(shù)，k為衍射級別，λ為光波長，為衍射角它是光柵法線與衍射方位角之間的夾角。由（2）式可見，同一級的衍射條紋，如果波長不同其衍射角不同，所以光柵具有分光功能。圖40-2為汞燈的部分光柵衍射光譜示意圖。光柵衍射現(xiàn)象是很容易觀察到的，如果手頭有一塊光柵，可直接透過光柵觀察某一光源就可看到衍射現(xiàn)象。實驗室中經(jīng)常在分光計上利用光柵衍射現(xiàn)象來進(jìn)行光波長或光柵常數(shù)的測量。實驗上，只要選擇光柵常數(shù)已知的光柵，可見用待測光照射，使其產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，同時用分光計測出各級衍射亮條紋所對應(yīng)的衍射角，那么由光柵方程（3）可以確定光波長，即：（3）3.2實驗方法如果有一臺調(diào)節(jié)好的分光計，便可用來觀察光柵衍射現(xiàn)象以及進(jìn)行相關(guān)物理量的測定。如果光柵常數(shù)是已知的，那么把光柵置于分光計的載物臺上，調(diào)節(jié)好儀器，然后將裝有光敏傳感器的旋轉(zhuǎn)平臺從右向左轉(zhuǎn)動，這樣在計算機(jī)屏幕上便掃描出各個級別的衍射條紋的光強(qiáng)，包括條紋的分布情況、各級條紋的亮度等等。4、實驗任務(wù)實驗一：測定汞燈的波長實驗二：測定氖燈的波長/5、實驗結(jié)果：如附圖所示/6、實驗數(shù)據(jù)處理：6.1汞燈波長測定：數(shù)據(jù)處理如下譜線θθ（θ12445.8760.31685.5842.8404.522509.8690.81819.0909.5435.832744.3445.52298.81149.4546.942812.0375.52436.51218.3578.4經(jīng)過查表可知汞燈中對應(yīng)的四條譜線的公認(rèn)值分別為：紫光：404.66nm；藍(lán)光：435.83nm；綠光：546.07nm;黃光（去兩條譜線平均值）：578.02nm;可以算的其誤差分別為：E1=0.04%；E2=0.006%；E3=0.2%；E3=0.07%可見實驗值與公認(rèn)值之間的誤差非常小6.2氖燈波長測定：根據(jù)第七個峰值角度θ1=229.5及其對應(yīng)峰值的角度！θ2=2938.5可以算出中央主極大的角度θ=(θ1+θ2)/2=1584.0從而可推得各個峰值對應(yīng)角度，如下表所示：自左向右光峰值各光峰值對應(yīng)角度θ/分對稱光峰值對應(yīng)角度θ/分14.53163.5244.23123.8389.83078.24113.53054.55169.02999.06187.82980.27207.52960.58229.52938.59241.82926.210254.82913.211281.82886.212293.82874.213325.02843.014347.32820.7根據(jù)中間峰值最大的條紋角度，可以算的氖光波長：λ=查表可得氖燈橙光有兩個波長，分別為640.23nm與638.30nm，取其平均值=639.3nm誤差：E=實驗結(jié)論及體會：由實驗結(jié)果可以看出，用此實驗裝置測得的氖燈波長還是非常精