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时间:2020-06-05
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1、华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学年级、班级课程名称物理实验实验项目用透射光栅测光波波长实验类型□验证□设计□综合实验时间2012年3月21实验指导老师实验评分一、实验目的:1、加深对光的衍射和光栅分光作用基本原理的理解。2、学会用透射光栅测定光波的波长及光栅常数。1二、实验原理:如图1所示,自透镜L1射出的平行光垂直地照射在光栅G上。透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其第二焦平面上的Pθ点。产生衍射亮条纹的条件可由光栅方程求得:(=1,2,…,n)(1)式中角是衍射角,是光波波长,是光谱级数,d是光栅常数。当k=0时,根据(1)式,任何波长的光都在的方向上,即各种波长的光谱线
2、重叠在一起,形成明亮的零级光谱,对于的其它数值,不同波长的光谱线出现在不同的方向上(的值不同),的正负两组光谱,对称地分布在零级光谱的两侧。若光栅常数已知,在实验中测定了某谱线的衍射角和对应的光谱级,则可由(1)式求出该谱线的波长;反之,如果波长是已知的,则可求出光栅常数。光栅方程对微分,就可得到光栅的角色散率 (2)角色散率是光栅、棱镜等分光元件的重要参数,它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角间距,当光栅常数愈小时,角色散愈大;光谱的级次愈高,角色散也愈大。且当光栅衍射时,如果衍射角不大,则接近不变,光谱的角色散几乎与波长无关,即光谱随波长的分布比较均匀,这和棱镜的不均
3、匀色散有明显的不同。当常数已知时,若测得某谱线的衍射角和光谱级,可依(2)式计算这个波长的角色散率。三、实验仪器:分光计,平面光栅,汞灯四、实验内容与步骤:测定衍射角从光栅的法线(零级光谱亮条纹)起沿一方向(如向左)转动望远镜筒,使望远镜中叉丝依次与第一级衍射光谱中紫、绿、黄(两条)四条谱线重合(注意使用望远镜方位角微调螺钉),并记录与每一谱线对应的角坐标的读数(两个游标φ1和φ1'都要读。注意:此时读出的是角位置,不是衍射角)。再反向转动望远镜,越过法线,记录另一边四条谱线对应的角坐标的读数φ2和φ2'。对应同一颜色谱线的左右两边的角坐标之差,即为该谱线衍射角θ的2倍。五、数据处理:1.
4、求出各谱线的θ及平均值。光谱级数光谱K=1K=-1紫102328251172297572945”绿100828012118512985692145”黄1993527937119192992895345”黄2993127933119312993410015”2.以汞灯绿谱线的波长为已知,将所测绿谱线的衍射角θ代入(1)式,其中,求出光栅常数(汞灯绿谱线的波长5460.710m)d==3.363.由其它三条谱线(紫、黄)衍射角θ和求得的代入(1)式,算出相应的波长。紫:黄1:黄2:4.将汞灯各谱线的衍射角代入(2)式中,计算出光栅相应于各谱线的第一级角色散率。紫:D=绿:D=黄1:D=黄2:D
5、=六、思考题:1、调节光栅过程中,如发现光谱线倾斜,说明什么问题?应如何调整?可能是光栅摆歪了,把光栅垂直摆放即可。2、实验中你最多能观察到几级光谱?最多能看见2级(0级、1级)3、分析光栅和棱镜分光的主要区别。光栅是利用衍射,三棱镜是利用折射4、如果光波波长都是未知的,能否用光栅测其波长?可以。用,,将d,sin,k的值代入即可计算出。
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