大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案-用透射光柵測定光波波長

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1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)名稱用透射光柵測定光波波長教學(xué)時(shí)數(shù)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的和要求1、理解光柵衍射的基本原理與特點(diǎn)；2、掌握分光儀、光柵的調(diào)節(jié)要求與方法，掌握各步調(diào)節(jié)的目的和實(shí)現(xiàn)的判據(jù)；3、認(rèn)識(shí)光柵光譜的分布規(guī)律，并能正確判別衍射光譜的級(jí)次；4、利用光柵測定光柵常量、光波波長。教學(xué)重點(diǎn)1、分光儀、光柵的調(diào)節(jié)要求與方法。2、正確判別衍射光譜的級(jí)次。3、分光儀的正確讀數(shù)。教學(xué)難點(diǎn)1、分光儀、光柵的調(diào)節(jié)要求與方法。2、分光儀的正確讀數(shù)。教學(xué)內(nèi)容1、分光儀的調(diào)整2、光柵的調(diào)整3、在分光儀上正確測量光柵各級(jí)衍射角4、測定光柵常量、光波波長教學(xué)方法先講授，然后實(shí)

2、際演示操作要點(diǎn)。教學(xué)手段學(xué)生操作，隨堂檢查操作情況。根據(jù)學(xué)生的操作情況將容易犯錯(cuò)的問題做重點(diǎn)提示，學(xué)生可以根據(jù)操作中遇到的具體問題個(gè)別提問。時(shí)間分配講授30分鐘，學(xué)生操作70分鐘。板書設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測量關(guān)系式、數(shù)據(jù)記錄表格。主要參考資料1、楊述武等，《普通物理實(shí)驗(yàn)》（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.2、鄭庚興，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2004.3、黃水平，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.4、徐揚(yáng)子，丁益民，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》[M].北京：科學(xué)出版社，2006.5、李蓉，《基礎(chǔ)

3、物理實(shí)驗(yàn)教程》[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2008.實(shí)驗(yàn)名稱：用透射光柵測定光波波長實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、理解光柵衍射的基本原理與特點(diǎn)；2、掌握分光儀、光柵的調(diào)節(jié)要求與方法，掌握各步調(diào)節(jié)的目的和實(shí)現(xiàn)的判據(jù)；3、認(rèn)識(shí)光柵光譜的分布規(guī)律，并能正確判別衍射光譜的級(jí)次；4、利用光柵測定光柵常量、光波波長。實(shí)驗(yàn)儀器：分光計(jì)透射光柵雙面反射鏡汞燈實(shí)驗(yàn)原理：若以單色平行光束垂直照射光柵，通過每個(gè)狹縫的光都會(huì)發(fā)生衍射，這些衍射光又在一些特殊方向上被透鏡會(huì)聚于焦平面上一點(diǎn)后，因干涉加強(qiáng)而型成各級(jí)亮線，如圖1，若衍射角為φ的光束經(jīng)透鏡會(huì)聚后互相加強(qiáng)，則角φ必須滿足

4、關(guān)系式即光程差必須等于光波長的整數(shù)倍。式中λ為單色光波長，k是亮條紋級(jí)次，jk為k級(jí)譜線的衍射角。此式稱為光柵方程，它是研究光柵衍射的重要公式。如果入射光是復(fù)色光，由于各色光的波長各不相同，則由公式（41-1）可以看出，其衍射角也各不相同，經(jīng)過光柵后，復(fù)色光被分解為單色光。在中央，位置處，各色光仍將重疊在一起，形成0級(jí)亮條紋。而在中央亮條紋兩側(cè)，各種波長的單色光產(chǎn)生各自對(duì)應(yīng)的譜線，同級(jí)譜線組成一個(gè)光帶，這些光帶的整體叫做衍射光譜。如圖所示，它們對(duì)稱地分布在中央亮條紋的兩側(cè)。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)d。測量

5、公式2、測量波長用上面求出的光柵常數(shù)，測量光譜線的波長。測量公式3.光柵的角色散角色散是光柵的重要參數(shù)，它表示單位波長間隔內(nèi)兩單色譜線之間的角距離。汞燈光譜中雙黃線的波長差之差=2.06nm，兩條譜線偏向角之差和兩者波長之差之比： 對(duì)光柵方程微分可有 由上式可知，光柵光譜具有如下特點(diǎn)：光柵常數(shù)d越小，色散率越大；高級(jí)數(shù)的光譜比低級(jí)數(shù)的光譜有較大的色散率。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、光柵的調(diào)節(jié)（1）調(diào)節(jié)分光計(jì)，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)無窮遠(yuǎn)，望遠(yuǎn)鏡軸線與分光計(jì)中心軸線相垂直，平行光管出射平行光。調(diào)節(jié)方法見光學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器部分。狹縫寬度調(diào)至約1毫米。（2）安置光柵，

6、要求入射光垂直照射光柵表面，平行光管狹縫與光柵刻痕相平行。（3）調(diào)節(jié)光柵使其刻痕與轉(zhuǎn)軸平行。注意觀察叉絲交點(diǎn)是否在各條譜線中央，如果不是，可調(diào)節(jié)螺絲予以改正，調(diào)好后，再回頭檢查光柵平面是否仍保持和轉(zhuǎn)軸平行。如有了改變，就要反復(fù)多次，直到兩個(gè)要求都滿足為止。2、測定光柵常數(shù)以汞燈為光源，測出K=±1波長為5460.7nm綠光衍射角φ，求d。但應(yīng)注意：+1與-1級(jí)的衍射角相差不能超過幾分，否則應(yīng)重新檢查入射角是否為零。3、測定未知光波波長及色散率用上法在K=±1時(shí)測出汞的紫、雙黃線的衍射角，求出它們的波長。3、測定未知光波波長求出汞的兩條黃線λ1

7、及λ2的衍射角角之差，求出λ1及λ2并計(jì)算出Δλ，再求出光柵的角色散率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、測量光柵常量測量次數(shù)綠色光譜線角坐標(biāo)衍射角衍射角平均值K=-1K=+11232、測量光波波長譜線顏色測量次數(shù)光譜線角坐標(biāo)衍射角波長平均波長K=-1K=+1紫123黃內(nèi)123黃外123與教材P3給出的相應(yīng)波長進(jìn)行比較3、測定光柵的角色散思考題1、光柵方程和色散率的表達(dá)式中各量的物理意義及適用條件?2、平行光管的狹縫很寬時(shí)，對(duì)測量有什么影響?3、光計(jì)主要由哪幾部分組成？為什么說望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整是分光計(jì)調(diào)整的基礎(chǔ)和關(guān)鍵？4、光計(jì)在設(shè)計(jì)上是如何消除偏心差的？