用透射光栅测定光波波长[1]

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1、用透射光栅测定光波波长教学目的1、用透射光栅测定光栅常数、光波波长和光栅角色散；2、加深对光栅分光原理的理解；3、进一步熟悉分光计的使用方法。重难点1、用透射光栅测定光栅常数和光波波长；2、分光计的调节和使用。教学方法实验室教学，讲授、讨论、实验操作相结合。学时4学时衍射光栅是重要的分光元件。由于衍射光栅得到的条纹狭窄细锐，衍射花样的强度强，分辨本领高，所以广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中，光栅衍射原理也是x射线结构分析、近代频谱分析和光学信息处理的基础。光栅由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝构成，

2、应用透射光工作的称为透射光栅，应用反射光工作的称为反射光栅。本实验用的是平面透射光栅。一、实验仪器分光计、平面透射光栅、手持照明放大镜，双面镜、日光灯、电源等。二、实验原理1、分光计的结构和工作原理（略）2、测量原理用平面透射光栅得到日光灯白光的夫朗和费衍射条纹，其中可以清晰的得到汞光谱中的绿线（），钠光谱中的二黄线（，）。若为光栅常数，为衍射角，为光波波长，为光谱级数（），则产生衍射亮条纹的条件为：（光栅方程）（1）测量光栅常数用汞灯光谱中的绿线（）作为已知波长测量光栅常数。测量公式：（2）测量未知波

3、长已知光栅常数，测量钠灯光谱中的二黄线波长和。测量公式：（3）测量透射光栅的角色散已知钠光谱中的二黄线的波长差，测出钠光谱中的二黄线的衍射角，求光栅的角色散。测量公式：三、实验内容1、测量透射光栅的光栅常数；2、测量钠光谱中二黄线的波长；3、测量透射光栅的角色散。四、实验步骤和数据记录1、分光计的调节（1）调节要求分光计的调节要达到“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直”是指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜中能看到清晰

4、的叉丝的像；望远镜对无穷远聚焦即平面镜返回清晰的绿十字的像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远镜中看到清晰的狭缝像。（2）调节步骤①参照图1，简要的介绍分光计的基本构造以及各部件的功能和调节方法；②目测粗调“三垂直”；③调叉丝对目镜聚焦：打开电源，让照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜同时眼睛从目镜中观察，直至看到叉丝变清晰，此时叉丝正好位于目镜的焦平面上；④调望远镜对无穷远聚焦；图1分光计图2望远镜⑤调望远镜的主光轴与分光计主轴垂直；⑥调载物台平面与分光计主轴垂直；⑦狭缝对平行光管的物镜聚焦；⑧调平行光管主

5、光轴与分光计主轴垂直。3、光栅位置的调节（1）调节要求①把光栅面调节到垂直于入射光；②把光栅衍射面调节到和观察面度盘平面一致。（2）调节步骤①使望远镜对准准直管，从望远镜中观察被照亮的准直管狭缝的像，使其和叉丝重合，固定望远镜；②如图3放置光栅，点亮目镜叉丝照明灯（移开或关闭狭缝照明灯），左右转动载物平台，看到反射的“绿十字”，调节b2或b3使绿十字和目镜中的调整叉丝重合。这时光栅面已垂直于入射光。③点亮狭缝照明灯，转动望远镜观察光谱，若左右两侧的光谱线相对于目镜中叉丝的水平线高低不等时（如图4），说明

6、光栅的衍射面和观察面不一致，这时可调节平台上的螺钉b1使它们一致。谱线光谱中心线水平叉丝b2b3b1图3图44、数据记录1、测光栅常数d转动望远镜到光栅的一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第k级谱线的中心，在下表中记录二游标值；将望远镜转动到光栅的另一侧，同上测量，在下表中记录二游标值。同一游标的两次读数之差是衍射角二两倍。测绿光光谱（）的角位置并记入下表左右左右左右左右左右－222、测钠光谱中二黄线的波长重复测光栅常数d同样的测量方法，测钠黄光光谱线（）的角位置并记入下表左右左右左右左右左右－22重复

7、测光栅常数d同样的测量方法，测钠黄光光谱线（）的角位置并记入下表左右左右左右左右左右－22五、实验数据处理1、测光栅常数（1）光栅常数的计算（2）不确定度的计算（3）测量结果2、测钠光谱二黄线的波长（1）波长的计算（2）不确定度的计算（3）测量结果3、测透射光栅的角色散（1）角色散的计算（2）不确定度的计算（3）测量结果六、注意事项1、调节光栅位置时，两项调节逐一进行后应再次重复检查，因为调节后一项时，可能对前一项的状况有所破坏。2、光栅位置调好后，在实验中不应移动。3、在读数中如果第二次的读数和第一次

8、的读数相比经过了读数起点（），则二者之差应为：第二次读数－第一次读数＋。七、实验思考题1、比较棱镜和光栅分光的主要区别。2、分析光栅面和入射平行光不严格垂直时对实验有何影响。八、教学后记1、本实验分光计的调节比较困难，实验的操作比较繁琐，需要的时间比较长，因而学生感到完成实验有一定难度，因此要要求学生不怕困难，耐心细致，严格按步骤进行调试和操作，培养学生科学严谨和认真仔细的工作作风。2、学生在读数中容易出现错误，应及时提醒学生并加以指导。3