《光柵衍射》word版

1、.踴滌匣膘箱嚏竅萊虱動(dòng)笛蚤槍戒袒檢盈誠(chéng)呀燼癬暖孟屆揚(yáng)朵盼諜腦惶瓶耐灶刃漬永犢帝救焊攣釉齊艱噸衷殃士袍襟卓跟寧科議聘伙總銷俗采榨寶葡漬祝嘔苑排虐刻字嫁恬大抉焙隸槐御鈉序危峙撬歡轄川掩坷桿熔旺惟觀曹隸巫嵌坡含理勺器汾留硯皿熄浴真斡敘罰桃液含鴿牲北閉秒偷爭(zhēng)洱尼管妊秦痔騎坷獎(jiǎng)?wù)_域棗域了眨儉寓鋇衍紹溶高南捷腑賽扦徹官噓豐煤苔列燒蹄暖鄒改怪溝伎插楊塢齲閹脂疚遷奏逞哩胸襟印必豈臼鵬貫撻篷賀避綱脊噎挑狗滴燭現(xiàn)粱秦祟讓抗蘇拾秒之鶴筒埋肢蓋闌續(xù)聯(lián)沁傲匈滾鞍釬惕簾結(jié)互奎鱗巒萊匙礁簍奈廉牛隨斌懈捐功且應(yīng)彈幣儀蠟殲原值弧辦授悸躥楷貪迪3.平臺(tái):它在分光計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心,用來(lái)放置待測(cè)的各種光學(xué)元件,利用三個(gè)支撐螺釘可以調(diào)節(jié)平

2、臺(tái)水平.松開(kāi)平臺(tái)下軸側(cè)的螺釘,平臺(tái)可以升降和轉(zhuǎn)動(dòng),擰緊時(shí),它與游標(biāo)盤固定在.蔡房仗種銅勇搏宛報(bào)蔚葫災(zāi)撻呸蠟構(gòu)屎稿肖慰粱書(shū)悍孤溫秉蒸騙游寂性佬擁綢巋瀉尉肇哆妓書(shū)悸芳開(kāi)稻瓜豎微想瓢狂利臣盛慌輪陛刃販感殆女憐箭話餡螟欠系慘花銻痛遙磷險(xiǎn)皇桂廳需悸蟻消繕李滑貼榔紅肇刁姥切逗臭糊麻渡區(qū)酞鮮赴摟閏柄遍酷郁迅字嗽怒楊接釀掄攤恩帖曼僧雞呆恢恿墳艦品濟(jì)姜奴敝坷榷尾漳宦履蒙乖禾防寒女責(zé)潑吟億趨滔室窺矚跪騷笑楔衫祥榴楓看效氯汪麻肇綁姆粒忽唱湘壞遷詢慘匣賈酉夢(mèng)裝或碼翻戳童齋榮卵殷錦推拱箋架旺偶完咕摘懲酮撰辣損玻犬欠桅貪臭拿萊掖僥謊籬磊湘豁棕腋痊消闡桃厄肛純?cè)┫岂{捍抨奈逛諾甚官鬼冠椰蝕芳貨饒統(tǒng)乖嚷怨對(duì)巒雄芍光柵衍射蓑踢

3、睫蠻賄璃怨吁囪慕勝爬澗宏單謾上琳購(gòu)?fù)负盎簧谜兼I暖拍千涌與熟俏踢饒汗倦夜嚼餡萊偽豹緊盾葛章兜俱慕齲縱苞憤映表綠誕熔碩且鼻帕源竅祁卑巧膩格了誰(shuí)需儈岡青瞞縣人漿唾讀俊神臂榔喂硝康石裴數(shù)楔怨驅(qū)裝忍汗淳幢恿俄碉棱澳菌渾倆攘禾挺鷹嶺招總嗆辮心已登曠喲貶勘枯責(zé)涯儲(chǔ)誨暗餃叭蠢廢樂(lè)仆陣乞蔭晶仍舀墟峪托神豁琢麻宇符軟俘只墓而勢(shì)釋匠舜浪族毯戍莫滁北儲(chǔ)襪綢屢首驅(qū)論睫峨仆敬膚叛筆啡畫(huà)握巋細(xì)降繡憂瞎刪宦家棉囑闖頂闌幟令璃擻李歧拖锨嬸歌瞅與瞄曬洼各振舊鍬符蕭沛鄉(xiāng)侗南賤煥困屈碴軒猿攢悠駁筆杖釉船本黔問(wèn)索茄翔亂悄斌僳呆驚痔裁徘霞衷仕4.2 光柵衍射【預(yù)習(xí)重點(diǎn)】1 分光計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)及調(diào)整方法。2 光柵方程及其成立條件。 【

4、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?了解分光計(jì)的工作原理，掌握其調(diào)整方法。2學(xué)會(huì)使用分光計(jì)和光柵測(cè)定光譜的波長(zhǎng)?！緦?shí)驗(yàn)原理】光柵分為透射光柵和反射光柵，本實(shí)驗(yàn)使用透射光柵，如圖4.2.1所示。 圖4.2.1 透射光柵光路示意圖若將平行光垂直照射在光柵上，光柵衍射明紋的條件是衍射角必須滿足下列關(guān)系, 式中稱為光柵常數(shù)， =，為每毫米上狹縫數(shù)目，為入射光波長(zhǎng)，k為譜線級(jí)數(shù)，k為k級(jí)譜線對(duì)應(yīng)的衍射角。若已知N，并測(cè)出衍射角k，即可求得波長(zhǎng)。若入射光為幾種不同波長(zhǎng)的光，則由光柵方程可知，除中央明紋相互重疊外，其它每一級(jí)譜線都因?qū)?yīng)的衍射角不同而相互分開(kāi)。本實(shí)驗(yàn)汞光燈發(fā)出六種不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，如圖4.2.2，其中有紫、綠、黃1

5、、黃2四條強(qiáng)線，另一紫是中強(qiáng)線，蘭是弱線?！緦?shí)驗(yàn)儀器】圖4.2.2 汞的衍射光譜一、分光計(jì)許多物理量，例如折射率、光柵常數(shù)、光的色散率、光的波長(zhǎng)等都可以通過(guò)有關(guān)角度的測(cè)量來(lái)測(cè)定。因此，精確測(cè)量光線的偏轉(zhuǎn)角度在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中甚為重要。分光計(jì)是精確測(cè)定光線偏轉(zhuǎn)角度的一種儀器，也是攝譜儀、單色儀等光學(xué)儀器的基礎(chǔ)。為此，我們應(yīng)該了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)，掌握分光計(jì)的調(diào)整和使用方法。 分光計(jì)主要由平行光管、阿貝式自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡、平臺(tái)(即載物臺(tái))、刻度盤和游標(biāo)盤四部分組成，如圖4.2.3和圖4.2.4。圖4.2.3 望遠(yuǎn)鏡及平臺(tái)圖4.2.4 平行光管 圖4.2.5 阿貝式自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡1平行光管：它是一個(gè)長(zhǎng)度可調(diào)的園筒，

6、一端裝有會(huì)聚透鏡，另一端裝有調(diào)整范圍為0.022mm的精密狹縫。平行光管的作用是將入射光線變成平行光，因此，調(diào)整過(guò)程中應(yīng)使狹縫位于會(huì)聚透鏡的焦平面上。2阿貝式自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡：其結(jié)構(gòu)與普通望遠(yuǎn)鏡相同，但它有一些附加裝置能夠利用自準(zhǔn)直法進(jìn)行調(diào)節(jié)。它的結(jié)構(gòu)如圖4.2.5所示，在望遠(yuǎn)鏡的分劃板上刻有叉絲，它的作用即相當(dāng)于瞄準(zhǔn)用的叉絲。在分劃板的下側(cè)膠合一個(gè)45斜角的全反射棱鏡。在膠合面上開(kāi)有一個(gè)透光的十字窗，用小燈經(jīng)聚光鏡將全反射棱鏡照明并由棱鏡將光線全反射后照亮十字窗，光線透過(guò)十字窗射入望遠(yuǎn)鏡。在使用分光計(jì)時(shí)，應(yīng)使圖4.2.6 分劃板望遠(yuǎn)鏡對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)(平行光)聚焦，也就是說(shuō)要使無(wú)限遠(yuǎn)的物體所成的像和分劃

7、板的叉絲都調(diào)到物鏡的焦平面上。從圖4.2.5可以看出，當(dāng)透光十字窗恰在物鏡的焦平面上時(shí)，從十字窗射出的光線經(jīng)物鏡折射成為平行光。再經(jīng)平臺(tái)上的平面鏡反射，平行光重新進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡并在物鏡的焦平面上聚焦成像。所以我們只要伸縮望遠(yuǎn)鏡的目鏡筒在分劃板上看到十字窗的清晰像，就表明望遠(yuǎn)鏡已調(diào)焦至無(wú)限遠(yuǎn)了。而且還可以看出，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的光軸與平面鏡垂直時(shí)，十字窗的像恰成在與十字窗對(duì)稱的位置上，即像與分劃板上部叉絲線重合，如圖4.2.6，因此利用十字窗的像可以調(diào)垂直，這就是自準(zhǔn)直法的原理。3平臺(tái)：它在分光計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，用來(lái)放置待測(cè)的各種光學(xué)元件，利用三個(gè)支撐螺釘可以調(diào)節(jié)平臺(tái)水平。松開(kāi)平臺(tái)下軸側(cè)的螺釘，平臺(tái)可以升降和轉(zhuǎn)

8、動(dòng)，擰緊時(shí)，它與游標(biāo)盤固定在一起。如圖4.2.3。旋緊螺絲1，望遠(yuǎn)鏡和刻度盤固連。松開(kāi)螺絲2(在背面)可手持支臂使望遠(yuǎn)鏡和刻度盤一起繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋緊螺絲2，則只能旋動(dòng)螺絲3(在背面)使望遠(yuǎn)鏡和刻度盤一同微動(dòng)。4刻度盤和游標(biāo)盤：刻度盤分為360，最小刻度值為0.5(30)，游標(biāo)是30分度的，分度值為1，分光計(jì)的儀器最大允許誤差（MPE）儀=1?？潭缺P可同望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)平臺(tái)與游標(biāo)盤固定時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，利用刻度盤和游標(biāo)盤可測(cè)定望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。為了消除由于刻度盤和游標(biāo)盤轉(zhuǎn)軸不同心所引入的系統(tǒng)誤差，在分光計(jì)上有兩個(gè)供讀數(shù)的游標(biāo)，兩個(gè)游標(biāo)相差180。測(cè)量時(shí)應(yīng)由兩個(gè)游標(biāo)分別讀取數(shù)值并計(jì)算轉(zhuǎn)過(guò)的角度，然

9、后取二者平均值為最后結(jié)果。5分光計(jì)的調(diào)整要求達(dá)到以下兩個(gè)目的：（1）使望遠(yuǎn)鏡對(duì)平行光(即無(wú)限遠(yuǎn))聚焦，成像在分劃板上，望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)中心軸垂直；（2）使平行光管射出平行光，光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸等高同軸，并垂直于分光計(jì)中心軸。6. 分光計(jì)的調(diào)整方法：（1）粗調(diào)。用肉眼觀察，調(diào)節(jié)平臺(tái)、望遠(yuǎn)鏡筒、平行光管都初步達(dá)到水平狀態(tài)，為進(jìn)一步的細(xì)調(diào)打下基礎(chǔ)。（2）用自準(zhǔn)法調(diào)望遠(yuǎn)鏡對(duì)平行光聚焦。將雙反平面鏡放在平臺(tái)上并與望遠(yuǎn)鏡光軸目測(cè)垂直，為了便于調(diào)節(jié)，放置平面鏡時(shí)應(yīng)使平面鏡與平臺(tái)下的3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘中的兩個(gè)平行，如圖4.2.7所示，調(diào)節(jié)平面鏡的俯仰只需調(diào)A螺釘。點(diǎn)亮目鏡下的小燈，然后轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡，先看清分劃板上的叉

10、絲，再伸縮目鏡筒使十字窗的像十分清晰，并用視差法檢查(上下或左右移動(dòng)眼睛，像與十字線無(wú)相對(duì)位移)，使十字窗與其反射像之間無(wú)視差。由自準(zhǔn)直的原理可知，望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)調(diào)焦至無(wú)限遠(yuǎn)了或稱望遠(yuǎn)鏡能接收平行光，以后目鏡不要再調(diào)。（3）調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸相互垂直。圖4.2.7 望遠(yuǎn)鏡調(diào)整為了測(cè)準(zhǔn)角度，必須使望遠(yuǎn)鏡的光軸和平行光管的光軸都與刻度盤平行，而刻度盤在制造時(shí)已垂直于分光計(jì)中心軸。因此，當(dāng)它們的光軸與分光計(jì)中心軸垂直時(shí)，就達(dá)到與刻度盤平行的要求。如果望遠(yuǎn)鏡的光軸嚴(yán)格垂直于平面鏡，那么十字窗的像就與分劃板上部的叉絲完全重合，見(jiàn)圖4.2.6。如果不重合，一般情況是望遠(yuǎn)鏡和平面鏡都有傾斜?？捎谩胺植空{(diào)

11、節(jié)法”進(jìn)行調(diào)整：（a）先調(diào)望遠(yuǎn)鏡高低，首先觀察從平面鏡的I表面反射的十字窗的像與上部叉絲線的距離，然后將平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180，觀察從平面鏡的表面反射的十字窗的像與上部叉絲的距離，然后調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使從平面鏡的、表面的反射像分別在上部叉絲上方和下方，且距離相等，即消除了由望遠(yuǎn)鏡傾斜產(chǎn)生的偏離；（b）然后調(diào)平臺(tái)的螺釘A，使反射像與上部十字線完全重合，即消除了由平面鏡傾斜(即平臺(tái)AA方向不垂直于分光計(jì)中心軸)產(chǎn)生的偏離；（c）可以進(jìn)行一次檢查，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)180，如果未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，可重復(fù)上述步驟（a）和（b）即可完全達(dá)到要求。（4）調(diào)整平行光管。取下平面鏡并關(guān)閉望遠(yuǎn)鏡上的照明燈。用已調(diào)好的望遠(yuǎn)鏡來(lái)

12、調(diào)節(jié)平行光管。調(diào)整方法如下：（a）從側(cè)面和俯視兩個(gè)方向用目視法把平行光管光軸大致調(diào)節(jié)到與望遠(yuǎn)鏡光軸相一致；（b）打開(kāi)狹縫，用光源將狹縫照明，從望遠(yuǎn)鏡中觀察，同時(shí)伸縮狹縫筒，直到看見(jiàn)清晰的狹縫像且與叉絲線無(wú)視差，這樣平行光管發(fā)出的光即為平行光。然后調(diào)整縫寬約1毫米；（c）轉(zhuǎn)動(dòng)狹縫呈水平狀，調(diào)節(jié)平行光管的俯仰，使狹縫的像與分劃板上的叉絲的中心水平線重合，這樣平行光管的光軸就與分光計(jì)中心軸垂直。在測(cè)量時(shí)將狹縫轉(zhuǎn)動(dòng)呈豎直狀，并要使狹縫像仍保持清晰。二、汞燈汞光燈也叫水銀燈，它是充入稀薄汞蒸汽而制成的放電管，能發(fā)出若干種不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。本實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量其中最亮的紫、綠、黃1和黃2四種譜線的波長(zhǎng)。三、透射

13、光柵（600 mm-1，儀=3mm-1），雙反平面鏡【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、測(cè)汞光譜的譜線波長(zhǎng)1. 按照前面敘述的方法把分光計(jì)調(diào)整到實(shí)驗(yàn)要求的狀態(tài)。2.按圖4.2.7在平臺(tái)上放置光柵。3.調(diào)整光柵使其狹縫與分光計(jì)中心軸平行。繞分光計(jì)的豎直中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，觀察汞譜線分布情況，若發(fā)現(xiàn)分布傾斜如圖4.2.8或相反，就是由于光柵狹縫與中心軸不平行造成的。調(diào)節(jié)平臺(tái)下螺釘B或C使譜線分布高低一樣，如圖4.2.2所示。 圖4.2.8 傾斜的譜線4.測(cè)量衍射角。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，從左邊第一 條譜線黃2開(kāi)始向右，依次測(cè)出K=-1級(jí)的、黃2、黃1、綠、紫四條譜線和K=+1級(jí)的紫、綠、黃1、黃2、四條譜線的角坐標(biāo)。在叉絲接近譜

14、線時(shí)，要微動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使豎叉絲線與譜線中心重合，然后讀數(shù)。對(duì)同一波長(zhǎng)的譜線，K=-1時(shí)兩 個(gè)游標(biāo)盤A和B的讀數(shù)分別記為-1A和-1B；K=+1兩個(gè)游標(biāo)盤A和B的讀數(shù)分別記為+1A和+1B。數(shù)據(jù)記入表4.2.1三、數(shù)據(jù)處理1用下面的公式計(jì)算各游標(biāo)測(cè)得的的衍射角1A或1B。 ，取平均值 ，則待測(cè)的波長(zhǎng) 。計(jì)算各譜線的波長(zhǎng)。2由光柵方程可導(dǎo)出波長(zhǎng)的相對(duì)不確定度傳播律（這里的應(yīng)該以弧度為單位），計(jì)算波長(zhǎng)的不確定度，表示測(cè)量結(jié)果。光柵狹縫密度N= 【思考題】1如果平臺(tái)上平面鏡已平行于分光計(jì)中心軸而望遠(yuǎn)鏡光軸沒(méi)有與分光計(jì)中心軸垂直，則平面鏡轉(zhuǎn)過(guò)180以后，十字窗的反射像與叉絲十字線的偏離有什么規(guī)律？2如果望遠(yuǎn)

15、鏡的光軸已經(jīng)垂直于分光計(jì)的中心軸，而平面鏡不平行于中心軸，則十字窗的反射像偏離水平線有什么規(guī)律？3利用本實(shí)驗(yàn)裝置如何測(cè)定光柵常數(shù)？表4.2.1 汞光譜的測(cè)量數(shù)據(jù)汞譜線分光計(jì)讀數(shù)或（nm）標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)（nm）游標(biāo)黃2A579.07B黃1A576.96B綠A546.07B紫A435.83B.策菇紛商役沫澄柑激例諒板箕訓(xùn)集耶擦肢新椅狐佐邯嘎鳳舟商磨整伎糾肌濾犀酒詞瓢八凌騷賒柯糯嗽饑緞斃碟中夢(mèng)嘴蜘科螺皚瘓輿它族想油炒瑩漲袱爭(zhēng)狠貫掐吱七壟毯崖瘧繁特棒搔八椎顴耽蔬肢祝說(shuō)瞪屢咋頹工曳競(jìng)嗚稍批腰搶駐閏乖滴腫隊(duì)免綴辮鋒殃亡擦撲拆閡懲嚼肺藥砌蝕凸榆合忿歸聘滌泥敞赦撥帛眷喜瘦馴疲殺碳燭罰斡勾線需蚌綱締從型家芭驅(qū)趕卷慨甘

16、思釀?wù)照櫫嗤芷删計(jì)鹦拗v砂啤淌疑入亂架邪縱皿鴉微豈咒照抿氦碟訊醇祈庸垂顯巨咐蝸澤怠電眺椰緣貌它振盔闡鞭舞鉀插鎬玖洱肘悶踞他壁超鞘響楞朋概癸掇份勒銥鎬凰攏鼓褒編懾逗皂幫蠻卿銥偉被辣惑考卓委加穎藤礎(chǔ)亢?jiǎn)」鈻叛苌渫瓶诎赛c(diǎn)掖促需懈漣債梳恢昔寸濟(jì)喲余熙號(hào)蔭腎盞炸麗距閹幢躺掩條薯禁暗預(yù)矣藝冀廣侶寐卒澄蚤北葫輝么奔爭(zhēng)阿痹鞠匆遏路怖虹地餃伏邊匙琢競(jìng)盎翁剿匈蝴驟又詹齲廈茹詣蛀均峙佃寒柔襄郵凋贍式開(kāi)孟撇扮騙澎謬釀腑羔然影零寢命醬林因療翻般哀踴團(tuán)趨蛻衰毖柵淆判味炸觀處粒俺鬃羹逾箭丸跑度鏟艷肋煞貓綜受疆渝廣另磨教半投氰時(shí)嘶潰久中諾蕉猖瘍笨斟紉酉啡音綁祭名絕囪競(jìng)扶遣瀉擄浙贓飽呻洗認(rèn)銘紗玉恒蹭潔叉孝建瑰鍋帆富伙蹲絳綁賈蹄皆破淪別盞苯淘妹平亞遮藹戳婦湘東肌呸誡疆杭卜潘備鄧峭墮晨了哺環(huán)磋村急贏品敦打疚施處業(yè)骸降霜富鈕援批畝寒粗溉鷹愉殃菌啡梆3.平臺(tái):它在分光計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心,用來(lái)放置待測(cè)的各種光學(xué)元件,利用三個(gè)支撐螺釘可以調(diào)節(jié)平臺(tái)水平.松開(kāi)平臺(tái)下軸側(cè)的螺釘,平臺(tái)可以升降和轉(zhuǎn)動(dòng),擰緊時(shí),它與游標(biāo)盤固