用透射光柵測(cè)定光波波長(zhǎng)[1]

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1、用透射光柵測(cè)定光波波長(zhǎng)教學(xué)目的1、用透射光柵測(cè)定光柵常數(shù)、光波波長(zhǎng)和光柵角色散；2、加深對(duì)光柵分光原理的理解；3、進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的使用方法。重難點(diǎn)1、用透射光柵測(cè)定光柵常數(shù)和光波波長(zhǎng)；2、分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，講授、討論、實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合。學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)衍射光柵是重要的分光元件。由于衍射光柵得到的條紋狹窄細(xì)銳，衍射花樣的強(qiáng)度強(qiáng)，分辨本領(lǐng)高，所以廣泛應(yīng)用在單色儀、攝譜儀等光學(xué)儀器中，光柵衍射原理也是x射線結(jié)構(gòu)分析、近代頻譜分析和光學(xué)信息處理的基礎(chǔ)。光柵由大量相互平行、等寬、等間距的狹縫構(gòu)成，

2、應(yīng)用透射光工作的稱(chēng)為透射光柵，應(yīng)用反射光工作的稱(chēng)為反射光柵。本實(shí)驗(yàn)用的是平面透射光柵。一、實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì)、平面透射光柵、手持照明放大鏡，雙面鏡、日光燈、電源等。二、實(shí)驗(yàn)原理1、分光計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理（略）2、測(cè)量原理用平面透射光柵得到日光燈白光的夫朗和費(fèi)衍射條紋，其中可以清晰的得到汞光譜中的綠線（），鈉光譜中的二黃線（，）。若為光柵常數(shù)，為衍射角，為光波波長(zhǎng)，為光譜級(jí)數(shù)（），則產(chǎn)生衍射亮條紋的條件為：（光柵方程）（1）測(cè)量光柵常數(shù)用汞燈光譜中的綠線（）作為已知波長(zhǎng)測(cè)量光柵常數(shù)。測(cè)量公式：（2）測(cè)量未知波

3、長(zhǎng)已知光柵常數(shù)，測(cè)量鈉燈光譜中的二黃線波長(zhǎng)和。測(cè)量公式：（3）測(cè)量透射光柵的角色散已知鈉光譜中的二黃線的波長(zhǎng)差，測(cè)出鈉光譜中的二黃線的衍射角，求光柵的角色散。測(cè)量公式：三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量透射光柵的光柵常數(shù)；2、測(cè)量鈉光譜中二黃線的波長(zhǎng)；3、測(cè)量透射光柵的角色散。四、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄1、分光計(jì)的調(diào)節(jié)（1）調(diào)節(jié)要求分光計(jì)的調(diào)節(jié)要達(dá)到“三垂直”的幾何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直”是指載物臺(tái)平面、望遠(yuǎn)鏡的主光軸、平行光管的主光軸必須與分光計(jì)主軸垂直?！叭劢埂笔侵覆娼z對(duì)目鏡聚焦，即在目鏡中能看到清晰

4、的叉絲的像；望遠(yuǎn)鏡對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)聚焦即平面鏡返回清晰的綠十字的像；狹縫對(duì)平行光管物鏡聚焦，即在望遠(yuǎn)鏡中看到清晰的狹縫像。（2）調(diào)節(jié)步驟①參照?qǐng)D1，簡(jiǎn)要的介紹分光計(jì)的基本構(gòu)造以及各部件的功能和調(diào)節(jié)方法；②目測(cè)粗調(diào)“三垂直”；③調(diào)叉絲對(duì)目鏡聚焦：打開(kāi)電源，讓照明小燈照亮望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)目鏡同時(shí)眼睛從目鏡中觀察，直至看到叉絲變清晰，此時(shí)叉絲正好位于目鏡的焦平面上；④調(diào)望遠(yuǎn)鏡對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)聚焦；圖1分光計(jì)圖2望遠(yuǎn)鏡⑤調(diào)望遠(yuǎn)鏡的主光軸與分光計(jì)主軸垂直；⑥調(diào)載物臺(tái)平面與分光計(jì)主軸垂直；⑦狹縫對(duì)平行光管的物鏡聚焦；⑧調(diào)平行光管主

5、光軸與分光計(jì)主軸垂直。3、光柵位置的調(diào)節(jié)（1）調(diào)節(jié)要求①把光柵面調(diào)節(jié)到垂直于入射光；②把光柵衍射面調(diào)節(jié)到和觀察面度盤(pán)平面一致。（2）調(diào)節(jié)步驟①使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)直管，從望遠(yuǎn)鏡中觀察被照亮的準(zhǔn)直管狹縫的像，使其和叉絲重合，固定望遠(yuǎn)鏡；②如圖3放置光柵，點(diǎn)亮目鏡叉絲照明燈（移開(kāi)或關(guān)閉狹縫照明燈），左右轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺(tái)，看到反射的“綠十字”，調(diào)節(jié)b2或b3使綠十字和目鏡中的調(diào)整叉絲重合。這時(shí)光柵面已垂直于入射光。③點(diǎn)亮狹縫照明燈，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡觀察光譜，若左右兩側(cè)的光譜線相對(duì)于目鏡中叉絲的水平線高低不等時(shí)（如圖4），說(shuō)明

6、光柵的衍射面和觀察面不一致，這時(shí)可調(diào)節(jié)平臺(tái)上的螺釘b1使它們一致。譜線光譜中心線水平叉絲b2b3b1圖3圖44、數(shù)據(jù)記錄1、測(cè)光柵常數(shù)d轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡到光柵的一側(cè)，使叉絲的豎直線對(duì)準(zhǔn)已知波長(zhǎng)的第k級(jí)譜線的中心，在下表中記錄二游標(biāo)值；將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)到光柵的另一側(cè)，同上測(cè)量，在下表中記錄二游標(biāo)值。同一游標(biāo)的兩次讀數(shù)之差是衍射角二兩倍。測(cè)綠光光譜（）的角位置并記入下表左右左右左右左右左右－222、測(cè)鈉光譜中二黃線的波長(zhǎng)重復(fù)測(cè)光柵常數(shù)d同樣的測(cè)量方法，測(cè)鈉黃光光譜線（）的角位置并記入下表左右左右左右左右左右－22重復(fù)

7、測(cè)光柵常數(shù)d同樣的測(cè)量方法，測(cè)鈉黃光光譜線（）的角位置并記入下表左右左右左右左右左右－22五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、測(cè)光柵常數(shù)（1）光柵常數(shù)的計(jì)算（2）不確定度的計(jì)算（3）測(cè)量結(jié)果2、測(cè)鈉光譜二黃線的波長(zhǎng)（1）波長(zhǎng)的計(jì)算（2）不確定度的計(jì)算（3）測(cè)量結(jié)果3、測(cè)透射光柵的角色散（1）角色散的計(jì)算（2）不確定度的計(jì)算（3）測(cè)量結(jié)果六、注意事項(xiàng)1、調(diào)節(jié)光柵位置時(shí)，兩項(xiàng)調(diào)節(jié)逐一進(jìn)行后應(yīng)再次重復(fù)檢查，因?yàn)檎{(diào)節(jié)后一項(xiàng)時(shí)，可能對(duì)前一項(xiàng)的狀況有所破壞。2、光柵位置調(diào)好后，在實(shí)驗(yàn)中不應(yīng)移動(dòng)。3、在讀數(shù)中如果第二次的讀數(shù)和第一次

8、的讀數(shù)相比經(jīng)過(guò)了讀數(shù)起點(diǎn)（），則二者之差應(yīng)為：第二次讀數(shù)－第一次讀數(shù)＋。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、比較棱鏡和光柵分光的主要區(qū)別。2、分析光柵面和入射平行光不嚴(yán)格垂直時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響。八、教學(xué)后記1、本實(shí)驗(yàn)分光計(jì)的調(diào)節(jié)比較困難，實(shí)驗(yàn)的操作比較繁瑣，需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，因而學(xué)生感到完成實(shí)驗(yàn)有一定難度，因此要要求學(xué)生不怕困難，耐心細(xì)致，嚴(yán)格按步驟進(jìn)行調(diào)試和操作，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和認(rèn)真仔細(xì)的工作作風(fēng)。2、學(xué)生在讀數(shù)中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)及時(shí)提醒學(xué)生并加以指導(dǎo)。3