用透射光柵測定光波波長[1]

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1、用透射光柵測定光波波長教學(xué)目的1、用透射光柵測定光柵常數(shù)、光波波長和光柵角色散；2、加深對光柵分光原理的理解；3、進一步熟悉分光計的使用方法。重難點1、用透射光柵測定光柵常數(shù)和光波波長；2、分光計的調(diào)節(jié)和使用。教學(xué)方法實驗室教學(xué)，講授、討論、實驗操作相結(jié)合。學(xué)時4學(xué)時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銳，衍射花樣的強度強，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)用透射光工作的稱為透射光柵，應(yīng)用反射光工作的稱為反射光柵。本實驗用的是平面透射光柵。一、實驗儀器分光計、平面透射光柵、手持照明放大鏡，雙面鏡、日光燈、電源等。二、實驗原理1、分光計的結(jié)構(gòu)和工作原理（略）2、測量原理用平面透射光柵得到日光燈白光的夫朗和費衍射條紋，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，為光譜級數(shù)（），則產(chǎn)生衍射亮條紋的條件為：（光柵方程）（1）測量光柵常數(shù)用汞燈光譜中的綠線（）作為已知波長測量光柵常數(shù)。測量公式：（2）測量未知波

3、長已知光柵常數(shù)，測量鈉燈光譜中的二黃線波長和。測量公式：（3）測量透射光柵的角色散已知鈉光譜中的二黃線的波長差，測出鈉光譜中的二黃線的衍射角，求光柵的角色散。測量公式：三、實驗內(nèi)容1、測量透射光柵的光柵常數(shù)；2、測量鈉光譜中二黃線的波長；3、測量透射光柵的角色散。四、實驗步驟和數(shù)據(jù)記錄1、分光計的調(diào)節(jié)（1）調(diào)節(jié)要求分光計的調(diào)節(jié)要達到“三垂直”的幾何要求和“三聚焦”的物理要求?！叭怪薄笔侵篙d物臺平面、望遠鏡的主光軸、平行光管的主光軸必須與分光計主軸垂直?！叭劢埂笔侵覆娼z對目鏡聚焦，即在目鏡中能看到清晰

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

5、光軸與分光計主軸垂直。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)到和觀察面度盤平面一致。（2）調(diào)節(jié)步驟①使望遠鏡對準準直管，從望遠鏡中觀察被照亮的準直管狹縫的像，使其和叉絲重合，固定望遠鏡；②如圖3放置光柵，點亮目鏡叉絲照明燈（移開或關(guān)閉狹縫照明燈），左右轉(zhuǎn)動載物平臺，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。這時光柵面已垂直于入射光。③點亮狹縫照明燈，轉(zhuǎn)動望遠鏡觀察光譜，若左右兩側(cè)的光譜線相對于目鏡中叉絲的水平線高低不等時（如圖4），說明

6、光柵的衍射面和觀察面不一致，這時可調(diào)節(jié)平臺上的螺釘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、測光柵常數(shù)d轉(zhuǎn)動望遠鏡到光柵的一側(cè)，使叉絲的豎直線對準已知波長的第k級譜線的中心，在下表中記錄二游標值；將望遠鏡轉(zhuǎn)動到光柵的另一側(cè)，同上測量，在下表中記錄二游標值。同一游標的兩次讀數(shù)之差是衍射角二兩倍。測綠光光譜（）的角位置并記入下表左右左右左右左右左右－222、測鈉光譜中二黃線的波長重復(fù)測光柵常數(shù)d同樣的測量方法，測鈉黃光光譜線（）的角位置并記入下表左右左右左右左右左右－22重復(fù)

7、測光柵常數(shù)d同樣的測量方法，測鈉黃光光譜線（）的角位置并記入下表左右左右左右左右左右－22五、實驗數(shù)據(jù)處理1、測光柵常數(shù)（1）光柵常數(shù)的計算（2）不確定度的計算（3）測量結(jié)果2、測鈉光譜二黃線的波長（1）波長的計算（2）不確定度的計算（3）測量結(jié)果3、測透射光柵的角色散（1）角色散的計算（2）不確定度的計算（3）測量結(jié)果六、注意事項1、調(diào)節(jié)光柵位置時，兩項調(diào)節(jié)逐一進行后應(yīng)再次重復(fù)檢查，因為調(diào)節(jié)后一項時，可能對前一項的狀況有所破壞。2、光柵位置調(diào)好后，在實驗中不應(yīng)移動。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)過了讀數(shù)起點（），則二者之差應(yīng)為：第二次讀數(shù)－第一次讀數(shù)＋。七、實驗思考題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格垂直時對實驗有何影響。八、教學(xué)后記1、本實驗分光計的調(diào)節(jié)比較困難，實驗的操作比較繁瑣，需要的時間比較長，因而學(xué)生感到完成實驗有一定難度，因此要要求學(xué)生不怕困難，耐心細致，嚴格按步驟進行調(diào)試和操作，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹和認真仔細的工作作風(fēng)。2、學(xué)生在讀數(shù)中容易出現(xiàn)錯誤，應(yīng)及時提醒學(xué)生并加以指導(dǎo)。3