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时间:2018-07-28
《目测法测透射光栅常数的设计》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、目测法测透射光栅常数的设计一实验思路:给定一个光栅和光源(如汞灯、钠灯或激光器等),根据光源的已知光谱,在没有分光计和其它测量仪器的情况下,仅利用米尺和自制实验器材,结合直接目视法,测量透射光栅的光栅常数。即在已知光波的波长和条纹的级数,然后再用米尺测出谱线到0级谱线的距离和光栅到0级谱线的垂直距离,从而用三角函数公式求得条纹所对应的衍射角的三角函数 ,再用光栅方程就可求出该光栅的光栅常数。二实验目的:1、了解光栅衍射原理。2、加深对光栅衍射现象的理解。3、了解光栅的主要特性,掌握测光栅常数的方法。4、学会用透射光栅测定光的波长、光栅常数的方法。三实验原理:测透身式衍射光栅
2、的光栅常数光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件。在一块透明的光学玻璃上刻划大量相互平行、等宽等间距的刻痕就制成了一块透射式平面刻痕光栅(目前一般使用光的干涉原理制作这种光栅)。当光照射在光栅面上时,刻痕处由于散射不易透光,光线只能在刻痕间的狭缝中通过,因此光栅实际上是由一排密集、均匀而又平行的狭缝组成的。如图所示,设光栅的透光部分的宽度为,不透光部分的宽度为,定义为光栅常数。当一束平行垂直入射到光栅面上时,按照光栅衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下式决定(、1、2、3、……)(1)光栅y眼睛光源xk级谱线0谱线表示,式中为入射光波长,为明条纹(光谱线)级数,是级明纹的
3、衍射角。式(1)称为光栅方程。如果入射光不单色光,由式(1)可知,当波长不同时,其衍射角各不相同,所以复色光将被分解。只有在中央,处,各阶层色光仍重叠在一起形成中央明纹,其颜色与入射光颜色相同。在中央明纹两侧对称分布着级光谱,各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色线,如图所示,不同级的谱线形成彩色条纹。由式可知,若已知某一条光谱线的波长为,测出该光谱线第级明纹对应的衍射角,便可计算所使用光栅的光栅常数。令光栅狭缝与刻痕宽度之和称为光栅常数。若在光栅片上每厘米宽刻有n条刻痕,则光栅常数㎝。当光波波长已知时,只要测出某级条纹所对应的衍射角,通过式(1)即可计算出光栅常数
4、。而条纹所对应的衍射角可由三角函数的公式求得,即我们测得谱线到0级谱线的距离为,测得光栅到0级谱线的垂直距离为,且光栅与0级谱线形成的角度为90°,所以用三角函数求得条纹所对应的衍射角,即可求出光栅常数。四实验仪器:(1)光栅:实验室给定,光栅参数为:300/mm(2)米尺:3m/0.001m(3)光源:汞灯(4)可以自制实验器材,如带刻度的条型光屏,也可以借助现有实验室的条件。五实验内容及步骤:1、启动汞灯电源。2、构定好光栅装置,调节汞灯、光栅装置的位置,调节完成后构定位置不变。这时可观察到衍射的明条纹。3、用目没法结合米尺测量出谱线到0级谱线的距离,再用米尺测量出光栅
5、到0级谱线的垂直距离。连续测量5组,并记录实验数据。(在不同位置测量)4、利用光栅方程以及前面测量的、的值,就可利用三角函数求出,同时我们知道波长和衍射光谱线的级次,求出光栅常数,并记入表格。5、关闭汞灯电源,整理仪器。六实验数据表格:光栅方程:(、1、2、3、……)三角函数公式:次数物理量12345级次波长谱线到0级谱线的距离光栅到0级谱线的垂直距离光栅常数光栅常数平均值七数据处理:1)测量数据的计算:同理可求得:、、、所以光栅常数:(、1、2、3、……)同理可求得:、、、2)不确定度的计算:八结果表达:㎜
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