大学物理实验光栅衍射实验.pdf

《大学物理实验光栅衍射实验.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光栅衍射实验实验目的实验仪器实验内容练习一练习二中国矿业大学（北京）物理实验中心实验目的进一步熟悉分光计的调节和使用。学习利用衍射光栅测定光栅常数和光波波长的原理和方法。中国矿业大学（北京）物理实验中心练习一垂直入射测光栅常数钠黄光屏φ0φxf中国矿业大学（北京）物理实验中心实验原理•若将平行光垂直照射在光栅上，光栅衍射出现明纹的条件是衍射角φ必须满足光栅方程dsinm,m0,1,2,3,...m式中d称为光栅常数，λ为入射光波长，m为谱线级数，φm为m级谱线对应的衍射角。若已知λ

2、，并测出衍射角φm，即可求得光栅常数d。中国矿业大学（北京）物理实验中心实验仪器钠光灯狭缝光栅小平台刻度盘A刻度盘B目镜中国矿业大学（北京）物理实验中心仪器操作在放置光栅之前，须先利用小平台底部的螺钉将小平台调到水平位置注意！拿取光栅时应如右图所示握住底座，切勿触碰光栅表面！！中国矿业大学（北京）物理实验中心仪器操作(2)图中所标各旋钮的作用如下：(1)(1):调节狭缝宽度(2):拧松后可调节狭缝偏转角和镜筒长度，调好后(3)须拧紧(3):调节镜筒仰角(4):拧松后可调节镜筒长(4)度、偏转角，调好后须拧

3、紧(5):调节镜筒仰角(6)(6):调节目镜与叉丝之间(5)的距离，目的为看清叉丝中国矿业大学（北京）物理实验中心实验内容1.打开钠光灯，待灯光呈明亮黄色后可开始试验（勿近距离直视）。2.放置光栅后，应保证光栅平面与平行光管的光轴垂直。主要步骤如下：（1）调节仪器，将望远镜的叉丝对准零级谱线的中心（应在望远镜与光轴平行位置附近观察）。（2）分别从刻度盘A和B上读出入射光的方位角φ和φ并记录。刻度0A0B盘的度数方法与游标卡尺的度数方法类似。右图实例中，上方刻度的单位为“分”，下方刻度的单位为“度”。先读取

4、上方0度刻线左侧最近的下方刻线读数（最小刻度为0.5度），图中应为2度（蓝线）；再找出上下对得最齐的线，读取上方刻度，图中应为12分（红线），则此时角度为2度12分。中国矿业大学（北京）物理实验中心（3）分别测出零级谱线左右两侧对应的1级谱线的方位角，利用下表分别计算出它们与入射光的夹角，以及两者之差Δφ（注：下表目的为验证光线是否正入射，在草稿纸上记录即可，无需写入实验报告）。φ=,φ=。0A0B1级ABθL1θR1φ=(

5、θ-φ

6、+

7、θ-φ

8、)/2L1L1A0AL1B0Bφ=(

9、θ-φ

10、+

11、θ-φ

12、)

13、/2R1R1A0AR1B0BΔφ=

14、φL1-φR1

15、（4）若Δφ小于5’，数据可取，则可开始进行后续实验。若Δφ大于5’，数据不可取，须微调小平台后重复上述步骤，直至Δφ小于5’。中国矿业大学（北京）物理实验中心3.将已测得可取的零级和1级谱线数据填入下表中，并继续测量2级谱线数据。测量完毕后，可利用原理公式和波长（钠黄光光波波长λ＝589.3nm）计算出光栅常数。φ=,φ=。0A0B1级(

16、m

17、=1)2级(

18、m

19、=2)ABABθLmθRmφ=(

20、θ-φ

21、+

22、θ-φ

23、)/2LmLmA0ALmB0BφRm=

24、(

25、θRmA-φ0A

26、+

27、θRmB-φ0B

28、)/2d=

29、mλ/sinφ

30、,d=

31、mλ/sinφ

32、LmLmRmRmddddd/4L1L2R1R2中国矿业大学（北京）物理实验中心练习二斜入射测光波波长钠黄光屏i0法线Δimxf中国矿业大学（北京）物理实验中心实验原理•若将平行光斜入射在光栅上，光栅衍射出现明纹的条件是衍射角φ必须满足光栅方程dsinisinm,m0,1,2,3,...m式中i为入射角。图中Δm为第m级谱线的偏向角，且Δm=i+φm。又当i=φm且i和φm在法线同

33、侧时，有dΔm/di=di/di+dφm/di=1+dφm/di=0，d2Δm/di2>0，所以Δm存在最小值δm=2i=2φm，此时光栅方程化为m2dsinm,m0,1,2,3,...2中国矿业大学（北京）物理实验中心实验内容1.已知光栅常数d（练习一结果）。2.稍旋转小平台，使光线对光栅斜入射。3.仍然在望远镜与光轴平行的方向附近寻找零级谱线，并记录相应的方位角φ和φ。0A0B4.找到零级谱线后，为保证i和φ在法线同侧，将望远镜向之前m旋转小平台的同侧旋转，找到1级谱线。5.朝一个方向转动小平

34、台（即光栅），若观察到谱线远离叉丝中心后又返回靠近中心，则谱线距离叉丝中心最远处对应的偏角即为最小偏向角，转动望远镜使得谱线对齐叉丝中心，记录此时的方位角φ（m=1）。若观察到谱线远离后并未再返回，m则须朝相反方向转动平台，直到找到最小偏向角。中国矿业大学（北京）物理实验中心6.记录好1级谱线最小偏向角的方位后，无需复原光栅位置，再继续旋转望远镜找到2级谱线，然后旋转小平台，重复步骤5找到2级谱线对应的最小偏向角方位角φ（m=