光栅常数的实验报告

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1、.得分教师签名批改日期..一、实验设计方案1、实验目的1.1、了解光栅的分光特性；1.2、掌握什么是光栅常数以及求光栅常数的基本原理与公式；1.3、掌握一种测量光栅常数的方法。2、实验原理2.1、测量光栅常数光栅是由许多等宽度a（透光部分）、等间距b（不透光部分）的平行缝组成的一种分光元件。当波长为λ的单色光垂直照射在光栅面上时，则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：（a+b）sinφk=kλ（k=0，±1，±2，…）

2、（2.1.1）式中a+b=d称为光栅常数，k为光谱级数，φk为第k级谱线的衍射角。见图2.1.2，k=0对应于φ=0，称为中央明条纹，其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。如果入射光不是单色光，则由式（2.1.1）可知，λ不同，φk也各不相同，于是将复色光分解。而在中央k=0，φk=0处，各色光仍然重叠在一起，组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布k=1，2，…级光谱线，各级谱线都按波长由小到大，依次排列成一组彩色谱线，如图2.1.2所示。根据式（2.1.1），如能测出各种波长谱线的衍射角φk，则从已知波长λ的大小，可以算出光栅常数d

3、；反之，已知光栅常数d，则可以算出波长λ。本试验则是已知波长λ求光栅常数。图2.1.2光栅衍射谱2.2、注意事项2.2.1、光源必须垂直入射光栅，否则会引起较大的误差。2.2.2、所有装置尽量处于同一水平面上，这样才能发生明显的衍射。..2.3、实验装置光栅（分光）750接口钠灯光传感器计算机和数据处理软件DataStudio转动传感器实验装置说明：钠灯提供光源，光通过光栅后到达屏上，并通过光传感器传到计算机中，我们手动屏，是光传感器能接收并将其数据传到计算机上，而我们转动的角度会通过转动传感器传给计算机（不过要加以计算，有60倍的关系）。

4、2.4、选用仪器实验仪器名称型号主要参数用途750接口CI—7650阻抗1MΩ。最大的有效输入电压范围±10V数据采集处理计算机和DataStudioCI6874——数据采集平台、数据处理光谱分光计OS—8539————钠灯——λ=5396Åλ=5390Å△λ=5393Å提供光源..高灵敏度光传感器CI—6604敏感光谱区：320nm—1100nm输出电压：0—5V数据采集转动传感器CI—6538数据采集二、实验内容及具体步骤：1、测量光栅常数1.1检查仪器是否齐全、完好，然后打开钠光灯预热（直到显示紫色光时才能使用）。1.2打开DataS

5、tudio软件，创建一个新实验。1.3在DataStudio软件的窗口中设置750接口的传感器连接，并设置采样率和测量数据种类。1.4在DataStudio软件的窗口打开一个图表，选择相应的横坐标和纵坐标（分别是转过的角度和光强）。1.5用钠光灯水平照射光栅，并调节光栅及支架，使其保证在同一水平面上并能发生明显衍射。1.6当在板上能看到明显的衍射时，转动角度盘，同时启动DataStudio软件采集数据。1.7用DataStudio软件进行相关运算（注：转盘转动的角度是板实际转过角度的60倍，所以用此软件处理横坐标y=x/60），再导出图片保

6、存。三、数据记录及数据处理实验过程中采集数据如下三个图所示：..图一图二..图三由上三个图可以读出ø的值：第一次测量：ø=20.738º第二次测量：ø=20.744º第三次测量：ø=20.764º数据记录如下表格所示：测量次数123Ø（度）20.73820.74420.764由（a+b）sinφk=kλ这个公式可以求出光栅常数，其中a+b=d称为光栅常数，k为光谱级数，φk为第k级谱线的衍射角。计算：在实验中我们测量的是第一光谱级数则k=1，λ=5393Å=53.93nm用计算器计算每次测量的sinφk，Sinφk1=0.354Sinφk2

7、=0.354Sinφk3=0.355..d1=kλ/sinφk=152.345d2=kλ/sinφk=152.345d3=kλ/sinφk=151.915光栅常数的平均值为d=（d1+d2+d3）/3=152.202nm三、实验结论本实验根据公式（a+b）sinφk=kλ（k=0，±1，±2，…）计算出光栅常数为152.202nm。四、实验总结实验感想：总体说来，这个实验还是完成的不错，但是在实验过程中还是遇到了一些问题，本来这些问题是可以避免的，可以说是由于粗心也可以说是由于没有预习好，在此处提出来，希望自己可以加以改进。首先把750接口

8、处连错了，1、2号通道连反了，所以当时只能记录向自身方向旋转的数据，由此得出，在以后做实验的时候不要偷懒，每一个步骤都要确认自己弄好，不要盲目的认为以前的人做过，所以那些基本的线