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《光柵特性及測(cè)定光波波長(zhǎng)-實(shí)驗(yàn)報(bào)告.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、實(shí)驗(yàn)名稱：光柵特性及測(cè)定光波波長(zhǎng)目的要求1.了解光柵的主要特性2.用光柵測(cè)光波波長(zhǎng)3.調(diào)節(jié)和使用分光計(jì)儀器用具1.JJY型分光計(jì)2.透射光柵3.平面鏡4.汞燈5.鈉光燈6.可調(diào)狹縫7.讀數(shù)顯微鏡實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的是平面透射光柵，它相當(dāng)于一組數(shù)目極多、排列緊密均勻的平行狹縫。根據(jù)夫瑯禾費(fèi)衍射理論，當(dāng)一束平行光垂直的投射到光柵平面上時(shí)，光通過(guò)每條狹縫都發(fā)生衍射，有狹縫射光又彼此發(fā)生干涉。凡衍射角符合光柵方程：dsinφ=kλ（k=0，±1，±2，…）在該衍射角方向上的光將會(huì)加強(qiáng)，其他方向幾乎完全抵消。式中φ是衍射角，λ是光波波長(zhǎng)，k使光譜的級(jí)數(shù)，d是縫距，稱為光柵常數(shù)，它
2、的倒數(shù)1／d叫做光柵的空間頻率。當(dāng)入射平行光不與光柵表面垂直時(shí)，光柵方程應(yīng)寫為：d(sinφ?sini)=kλ（k=0，±1，±2，…）若用會(huì)聚透鏡把這些衍射后的平行光會(huì)聚起來(lái)，則在透鏡的后焦面上將會(huì)出現(xiàn)一系列的亮點(diǎn)，焦面上的各級(jí)亮點(diǎn)在垂直光柵刻線的方向上展開，稱為譜線。在φ＝0的方向上可以觀察到中央極強(qiáng)，即零級(jí)譜線。其他±1，±2，…級(jí)的譜線對(duì)稱的分布在零級(jí)譜線兩側(cè)。若光源中包含幾種不同波長(zhǎng)的光，對(duì)不同波長(zhǎng)的光，同一級(jí)譜線將有不同衍射角φ，因此在透鏡的焦面上出現(xiàn)按波長(zhǎng)次序級(jí)譜線級(jí)次，自第0級(jí)開始左右兩側(cè)由短波向長(zhǎng)波排列的各種顏色的譜線，稱為光柵衍射光譜。用分光計(jì)測(cè)出
3、各條譜線的衍射角φ，若已知光波波長(zhǎng)，即可得到光柵常數(shù)d；若已知光柵常數(shù)d，即可得到待測(cè)光波波長(zhǎng)λ。分辨本領(lǐng)R:定義為兩條剛好能被該光柵分辨開的譜線的波長(zhǎng)差△λ≡λ2－λ1去除它們的平均波長(zhǎng)：λR≡，?λR越大，表明剛剛那個(gè)能被分辨開的波長(zhǎng)差△λ越小，光柵分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力就越高。由瑞利判據(jù)可以知道：R=kN其中N是光柵有效使用面積內(nèi)的刻線總數(shù)目。角色散率D:定義為同一級(jí)兩條譜線衍射角之差△φ與它們的波長(zhǎng)差△λ之比。它只反映兩條譜線中心分開的程度，而不涉及它們是否能夠分辨:?φkD≡=?λdcosφ實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與數(shù)據(jù)處理1.儀器調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)分光計(jì)，使望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)，平行光管
4、產(chǎn)生平行光，平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸都垂直儀器的轉(zhuǎn)軸。并要求光柵平面與平行光管光軸垂直；光柵的刻痕與儀器轉(zhuǎn)軸平行。光柵的調(diào)節(jié)方法如下：I.調(diào)節(jié)光柵平面（即刻痕所在平面）與平行光管垂直：在調(diào)好望遠(yuǎn)鏡后，將光柵放置在載物臺(tái)上，使光柵平面大致垂直于望遠(yuǎn)鏡，再用自準(zhǔn)直法調(diào)節(jié)光柵平面，知道從光柵平面反射回來(lái)的亮“＋”字像與分劃板中心垂直線重合，使光柵平面與平行光管光軸垂直。II.調(diào)節(jié)光柵使其刻痕與儀器轉(zhuǎn)軸平行：松開望遠(yuǎn)鏡的緊固螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，找到光柵的一級(jí)和二級(jí)衍射譜線，±1，±2，…級(jí)譜線分別位于0級(jí)譜線兩側(cè)。調(diào)節(jié)各條譜線中點(diǎn)與分劃板緣心重合，即使兩邊光譜等高。調(diào)好后，再返回
5、檢查光柵平面是否與平行光管光軸垂直。，若有改變，則要反復(fù)調(diào)節(jié)，知道兩個(gè)條件均能滿足。2.測(cè)定光柵常數(shù)（綠光的±1級(jí)譜線）以水銀燈為光源，整體移動(dòng)分光計(jì)，對(duì)準(zhǔn)光源，使水銀燈大體位于平行光管的光軸上，測(cè)出k=±1級(jí)，波長(zhǎng)為546.07nm綠光的衍射角φ和φ，求d，+1?1然后求該光柵的空間頻率。一共測(cè)三次，取平均值，并求不確定度。不確定度公式如下：?(xi?x?)2i（1）對(duì)每一個(gè)直接測(cè)量量計(jì)算：δθ?=?n(n?1)22e（2）對(duì)每一個(gè)直接測(cè)量量計(jì)算：δθ=?δθ?+?√3?1?=(
6、?+1???1
7、+
8、?′+1??′?1
9、)4（3）計(jì)算衍射角的不確定度：δ=?δ2+δ
10、2+δ2+δ2??+1,L??1,L??1,L??1,R左游標(biāo)讀數(shù)右游標(biāo)讀數(shù)?+1級(jí)-1級(jí)Δ?+1級(jí)-1級(jí)Δ?第一次6°10’44°27’19°9’186°11’224°28’19°9’19°9’第二次22°15’60°30’19°8’202°15“240°30’19°8’19°8’第三次35°46’74°2’19°8’215°50’254°5’19°8’19°8’平均19°8’19°8’19°8’e2δ=?0.00022+rad=0.00026rad=1’Δ?左3e2δ=?0.00022+rad=0.00026rad=1’Δ?右3δ?=2′∴?=19°8′±2′kλ
11、光柵常數(shù)d==1.677????sin?1光柵頻率=596.3條/mmd3.測(cè)定未知光波波長(zhǎng)及角色散率用上述同樣方法，在k=±1級(jí)時(shí)，測(cè)出水銀燈的兩條黃線(黃1)與(黃2)和紫線的衍射角。（1）紫：左游標(biāo)讀數(shù)右游標(biāo)讀數(shù)?+1級(jí)-1級(jí)Δ?+1級(jí)-1級(jí)Δ?第一次66°11’96°32’15°11’246°12’276°32’15°10’15°11’第二次30°58’61°17’15°10’210°59’241°23’15°12’15°11’第三次38°22’68°51’15°15’218°34’248°53’15°10’15°13’平均15°12’15°
