光栅特性及光谱波长的测量

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1、光栅特性及光谱波长的测量中国地质大学（武汉）实验报告课程名称：近代物理实验实验名称：光栅特性及光谱波长的测量学院：数学与物理学院班号：组号：组员：指导老师：实验地点：4光栅特性及光谱波长的测量光栅特性及光谱波长的测量一、实验目的1.了解光栅的主要特性2.测量实验所用光栅常数3.测量汞灯的谱线波长4.测量氢灯的谱线波长二、实验原理光栅和棱镜一样，是重要的分光原件，它可以把入射光中不同波长的光分开。利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪已被广泛应用。衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，我们实验所用的是平面透射光栅，它相当于一组数目极多，排列紧密均匀的平行狭缝目极多，排列紧密均匀的平行狭缝。根据夫琅

2、和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为：dsinθ=Kλ(K=0,  ±1,   ±2, ±3,······)d-----光栅常数    θ-----衍射角λ-------单色光波长由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角θ是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790 A0）对准该谱线的某级亮纹(例如 K=±1）时，求出其平均的衍射角θ〈y ，代入公式就可求光栅常数d，然后可与标准比较。本实验采用d=1/1000厘米的光栅。相反，若将所求得的光

3、栅常数d，并对绿光进行观察，求出某级亮纹（如K=±1）的平均衍射角θ〈y ，代入公式，又可求出λg  。同理，可以同级亮纹或不同亮纹的其他谱线进行观察和计算。当一束平行光垂直入射到光栅上，产生一组明暗相间的衍射条纹，其夫朗和费衍射主极大由下式决定：dsinΦ=mλ(9—1)式中：光栅常数d=a+bθ：衍射角大级次m=0，1，2此式称光栅方程由式得：（由此可以看出：只要测出任意级次的某一条光谱线的衍射角，即可计算出该光波长。4光栅特性及光谱波长的测量三、实验仪器FB760-9光谱波长测量仪，透射光栅（1

4、50，1

5、100mm），氢灯，汞灯，钠灯，可调狭缝，测微目镜，凸透镜等。四、实验内容

6、（1）支起实验仪器，调节灯光，狭缝，透镜的同轴等高，（2）在测量圆台上放上被测光栅，调节透镜产生良好聚焦，看到清楚的钠光谱线。（3）测量出k=1,-1,2,-2...级的谱线夹角θ。利用公式，在知道钠光波为289nm的条件下，求出光栅常数d值。数据记录如下：实验一：光栅常数的测量：k+1+2-1-2θ/°1020.6510.520.5sinθ0.1740.3520.1820.350d/nm3392.93339.93232.73363.8d平均/nm3332.3实验二：汞光灯的观察与谱线波长的测量：谱线读数显微镜的位置θλ+-左右左-右左右左-右紫354.2175.57.59190.27

7、.27.3423.4k=±1青357.3173.56.911192.39.38.1469.5黄351.81731011.51939.910578.6k=±2紫346.8168.214.916.71981515431.2青343.71641720.520218.918514.9黄341.5162.820.221.920321.120.6586.2λ平均/nmλ紫λ青λ黄427.3492.2582.4EE(435.8)E(546.1)E(579.1)1.9%9.9%0.57%光栅常数d=3332.3nm实验三：氢原子巴尔末系光谱的观察与谱线波长的测量.4光栅特性及光谱波长的测量k谱线θsi

8、nθλk谱线θsinθλ+1Hα350.20.170566.49+2Hα159.50.350583.15Hβ353.50.113376.55Hβ1660.241401.54Hγ354.20.101336.56Hγ1680.208346.560361.80.0311830.052-1Hγ369.20.160533.17-2Hγ1980.309514.84Hβ370.30.179596.48Hβ200.20.342569.82Hα373.10.227756.43Hα207.10.456759.76λ平均/nmHα666.4575Hβ486.0975Hγ432.7825理论值：Hα：656.

9、3nmHβ:486.1nmHγ:434.0nm五、误差分析1.仪器精度有限2.汞灯青色光的测量偏差较大六、参考资料1.戴乐山等，近代物理实验，复旦大学出版社2.黄润生等，近代物理实验第二版，南京大学出版社4