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时间:2019-09-16
《大学物理实验教案(光栅的衍射)》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、大学物理实验教案实验项目光栅的衍射教学目的1.观察光的衍射现象,了解光栅分光的原理。2.测定光栅常数和光波波长。实验原理当光射到光栅面上吋,在透光狭缝处光线可透过,而在不透光处则不能透过。若这些透光狹缝的宽为d。相邻狭缝间不透光部分的宽度为b,a+b=df称d为光栅常数。本实验装置产生的光栅衍射是夫琅和费衍射,因为衍射屏(光栅)与光源及观察屏Z间的距离均为无穷远(入射光栅的入射光和岀射光栅的衍射光均为平行光)。根据夫琅和费衍射理论,当波长为X的平行光束投射到光栅平面上吋,光波将在两个透光狭缝处发生衍射,所有
2、狭缝的衍射光又彼此发生干涉,其结果是在透镜的焦平面上得到一排明亮分立的光谱线。当平行光垂直入射时,相邻两缝对应点出射的光束的光程差为5=(a+b)sin©=dsincp式中d为光栅常数,©称为衍射角。根据衍射光的干涉条件,当衍射角满足下式时dsin(p-K2(K-0,北,2,)则该衍射角方向上的光将会得到加强,叫做主极大,其它方向的光或者完全抵消,或者强度很小在焦平面上形成暗背景。我们把K=O,JL1,2,鵜时所对应的主极大分别称为中央(0级)极大,正负第一级极大,正负第二级极大,O如果入射光不是单色光,而
3、是包含几种波长的光,对于同一级次光的波长入不同,其衍射角卩也各不相同,于是复色光将被分解,从而在不同的地方形成不同颜色的光谱线。但是,在屮央主极大位置上,即K=0,(p=0处,各颜色的光仍重叠在一起,形成屮央明条纹。在屮央条纹两侧对称分布着K=北,2JW级光谱,各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线,对同一级谱线来说,九越大,衍射角卩也越大,入越小,°越小,即彩色谱线排列是长波谱线在外侧,短波谱线在内侧。如果用分光计测出卩,则当入已知时d可求,当d已知时入可求。衍射角卩为0=*(內・«2
4、+
5、Z
6、?r几
7、)其中A为望远镜对准所要测定的正级谱线时,A,B两游标读数。也,02为望远镜对准所要测定的负级谱线时,A,B两游标读数。重点:1.分光计的调节(望远镜调焦、望远镜光轴调节、平行光管调节等);教学重点与难点2.光栅放置位置的要求;3.衍射角测量方法。难点:1.分光计调节:2.游标盘读数。用垂直入射法测定光栅常数d及光波波长X:1.调节分光计,要求达到:(1)望远镜聚焦于无穷远,且其光轴与仪器转轴垂直;(2)平行光管产生平行光,且其光轴与望远镜光轴同轴,狭缝宽度在望远镜视场中约为1mm。2.光栅位置的调
8、节(1)光栅平面与平行光管轴线垂直。i.转动望远镜使竖直叉丝对准狭缝的象然后固定望远镜位置;ii.按下图将光栅放在载物台上,即原來放双面平行平面镜的位置。光栅面垂直平台下两调节螺丝6,b?的连线;实验内容提要测暈与数据处理要求iii•点亮望远镜上的小灯,转动载物台使光栅正对望远镜,调节b
9、或b2螺丝直到望远镜屮看到光栅面反射回来的叉丝像与上方叉丝重合。注意:望远镜己调好,不能再次调节望远镜倾角调节螺钉。至此,光栅面与望远镜光轴垂直了,因而也与平行光管光轴垂直。调节完毕后应固定游标盘止动螺钉与载物台锁紧螺钉。
10、(2)光栅上狭缝与仪器转轴平行。松开望远镜止动螺钉,向左(或向右)转动望远镜,可以看到谱线,注意观察各谱线是否被视场中央的水平叉丝所平分,如果不是,可调节图中的b3螺丝使各谱线被叉丝平分。(3)转动望远镜使Z正对光栅,检查光栅平面是否仍保持与望远镜光轴垂直。若有改变,就要反复调节多次,直到以上两个要求都满足为止。(4)测量:向左转动望远镜,使竖直叉丝对准笫二级(K=2)绿色谱线,记下A、B两游标读数少,卩、,向右转动望远镜,使竖直叉丝对准K=-2级绿色谱线,记下A、B两游标读数a?,02。(5)重复测三次,
11、求出光栅常数血(6)用同样方法测汞的第一级(K二土1)两条黄色谱线的波长。1.光栅放置时应使光栅平面与入射方向垂直;2.望远镜和游标盘在止动螺钉旋紧的情况下不能强行扳转它们,以免损伤转轴。为此,每次转动望远镜和游标盘前,先检查止动螺钉是否放松;3.在游标读数过程屮,由于望远镜可能位于任何方位,故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度零点;4.测量汞黃光波长时,观察到两根很靠近的黄色谱线,应注意区分好黄]5.测量衍射角时应读出望远镜在T
12、位置的两个游标读数,然后转动望远镜到T?位置,再读出此吋的两个游标读数。思考
13、题1.应用光栅方程dsin^=K/l來测定光栅常数d应满足什么条件?实验时这些条件是怎样保证的?2.按图30-3的方法放置光栅有什么好处?3.在本实验所用的仪器条件下,最多能看到几级衍射光谱?而理论计算应能看到儿级绿色谱线,两者是否一致?参考资料《大学物理实验》一一马靖马宋设施洋主编《大学物理实验指导》一一丁道潼陈Z前编《物理实验教程》一一丁慎训张连芳主编《大学物理实验》一一霍剑青吴泳华等主编评分标准一、预习及操
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