光栅衍射实验报告

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1、大学物理实验B(2)——光栅衍射ElectronicsEngineeringxxx实验：2011.xx.xx光栅衍射实验xxx2011/xx/xx目录1实验目的12实验原理12.1测定光栅常数和光波波长12.2用最小偏向角法测定光波波长13实验仪器33.1分光计33.2光栅33.3水银灯33.3.1水银灯谱线的波长33.3.2注意事项34实验任务44.1在时测定光栅常数和光波波长44.2在时测定波长较短的黄线波长54.3用最小偏向角法测定波长较长的黄线的波长65数据表格75.1i=0时，测定光栅常

2、数和光波波长75.2i=15时，测量波长较短的黄线的波长75.3最小偏向角法86数据处理97思考题108实验总结11光栅衍射实验xxx2011/xx/xx1实验目的Ø熟悉分光计的调整与使用Ø学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法Ø理解光栅衍射公式及其成立条件2实验原理2.1测定光栅常数和光波波长当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。如右图所示，有一束平行光与光栅的法线成角，入射到光栅上产生衍射；出

3、射光夹角为。从点引两条垂线到入射光和出射光。如果在处产生了一个明条纹，其光程差必等于波长的整数倍，即(2.1.1)为衍射光谱的级次，.由这个方程，知道了中的三个量，可以推出另外一个。若光线为正入射，，则上式变为(2.1.2)其中为第级谱线的衍射角。讨论：三个量中只需要知道两者就可以通过上式求出另外一个。比(2.1.1)式更简洁，免去了测量带来的麻烦和不准确，代价是需要精心调整入射光线使之正入射。11光栅衍射实验xxx2011/xx/xx1.1用最小偏向角法测定光波波长如右图。入射光线与级衍射光线位

4、于光栅法线同侧，(2.1.1)中应取加号。若记，则由三角形公式得(2.2.1)可见，当时，最小，记，则(2.2.1)变为(2.2.2)讨论：和(2.1.2)相比，这个公式将对的测量变成了对最小偏向角的测量。之所以做这种变换，是因为人眼对大小的变化感知更明显，因此测量可以做的更精确，避免了测量时由于谱线不够窄、肉眼识别误差以及入射光不严格垂直光栅平面等等造成的不准确。11光栅衍射实验xxx2011/xx/xx1实验仪器1.1分光计为实现平行光入射并测准光线方位角，分光计的调整应满足如下基本操作：望远

5、镜适合于观察平行光，平行光管发出平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。1.2光栅在实验中应使光栅刻线与分光计主轴平行。因为如果光栅刻线不平行于分光计主轴，衍射光谱将会是倾斜的并且倾斜方向垂直于光栅刻痕的方向（而非分光计水平方向），但谱线本身仍平行于狭缝（因为保持狭缝的形状）。由于衍射谱线的倾斜，而分光计刻度线只能水平移动，难以测量其真实间距（需要将测得间距除以倾斜角的余弦才能得到真实间距，而这显然是难以做到的）。通过调整小平台，可使光栅刻痕平行于分光计主轴。为调节方便,放置光栅时应使光栅平面垂

6、直于小平台的两个调水平螺钉的连线。1.3水银灯1.3.1水银灯谱线的波长颜色紫绿黄红404.7491.6577.0607.3407.8546.1579.1612.3波长/nm410.8623.4433.9690.7434.8435.81.3.2注意事项Ø水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V电源，否则要烧毁。Ø水银灯在使用过程中不要频繁启闭，否则会降低其寿命。Ø水银灯的紫外线很强，不可直视。11光栅衍射实验xxx2011/xx/xx1实验任务共有四个主要内容。Ø调节分光计和光栅以满足要

7、求Ø在时测定光栅常数和光波波长Ø在时测定水银灯光谱中波长较短的黄线波长Ø用最小偏向角法测定波长较长的黄线波长着重解释后三个任务：1.1在时测定光栅常数和光波波长Ø调整光栅平面与平行光管光轴垂直将望远镜对准零级谱线的中心，读出入射光方位。再测出左右两侧同一级的衍射谱线的方位角，分别计算其与入射光的夹角，若两者相差不超过，则近似认为已经调整垂直。讨论：首先粗调，这样才能节省时间，更重要的是，只有保证光栅平面与平行光管光轴几乎垂直的情况下，才可能在法线两侧都看到谱线；其次，当发现两者相差超过时，应当判断

8、零级谱线更接近哪一侧的谱线，若接近左侧谱线，则光栅应顺时针旋转（从分光计上方看），反之应该逆时针旋转，再次测量。Ø推导和的不确定度的不确定度：重写(2.1.2)式如下(4.1.1)由于本实验在测量时的为给定值，为常数，所以只需看和的关系。(4.1.2)(4.1.3)(4.1.4)可见，在不变的情况下，选择大一些的谱线比较好，但是级次大的谱线能量较小，因而可能难以分辨，所以实际操作时要灵活操作。的不确定度：11光栅衍射实验xxx2011/xx/xx(4.1.5)(4.1.6)测量时的