光栅测波长.docx
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光栅测波长
1.实验目的
(1)学习调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。
(2)学习利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。
(3)理解角色散与分辨本领的意义及测量方法。
2.实验仪器
JJY分光仪(1’)、光栅、平行平面反射镜、汞灯
3.实验原理:
1.光栅方程
当一束波长为λ的平行光垂直照射在光栅上时,如图所示,每一个狭缝透过的光都要发生衍射,向各个方向传播。
经过光栅衍射,与光栅面法线成Φ角的
平行光,经过透镜后汇聚于透镜焦平面出屏上一点P,Φ角称为衍射角。
由于光栅上各狭缝是等间距的,所以沿Φ角方向的相邻光束间的光程差都等于
dsinΦ,因为光程差一定,它们彼此之间将会发生干涉。
当沿Φ角方向传播的相邻光束间光程差dsinΦ等于入射光波长的整数倍时,各缝射出的、聚焦于屏上P点的光因相干叠加得到加强,形成明条纹。
因此,光栅衍射明纹的条件是:
dsinΦ=kλ(k=0、±1、±2,····)
由丨sinΦ丨≤1知,主级大的级数限制是k≤d/λ,
即在给定光栅常数的情况下,光谱级数是有限的。
用分光仪测得第k级谱线的衍射角之后,在已知d的情况下可以求出入射光波长。
2.光栅色散本领与分辨本领
由光栅方程知,入射光波长不同,衍射角也不同。
如果用复色光入射,则光栅会将不同波长的光按照波长大小从小到大依次排列,形成光谱。
(1)角色散率:
设两单色光波长分别为λ1、λ2,则波长差δλ=|λ1-λ2|,第k级衍射角之差为δφ,则第k级角色散率为Dφ=δφ/δλ(δφ单位为nm,δλ单位为弧度)
由光栅方程可得Dφ=k/(dcosφ)
则说明Dφ与d成反比,与k成正比。
(2)光栅分辨本领R≡̅λ/δλ
4.实验步骤:
1.调节好分光仪;
2.将光栅按如图所示的方式放置在载物台上。
挡住光源的光,开亮望远镜上的小灯,转动载物台,从望远镜中观察光栅平面反射回来的绿色十字像,调节
载物台的水平调节螺钉(B2或B3),使十字像与分划板上的十字线重合;
3.调节光栅使其透光狭条与仪器主轴平行:
以分划板横线为基准,观察左右谱线在望远镜左右视场中高度是否一致,如果不一致,则调节螺钉B1使谱线等高;
4.用汞灯照亮平行光管的狭缝,使平行光垂直照射在光栅上,转动望远镜定性观察谱线的分布规律与特征;然后改变平行光在光栅上的入射角度,转动望
远镜定性观察谱线的分布的变化。
5.测量肉眼可以很清楚看到的汞灯蓝色,绿色,黄色1,黄色2谱线。
使平行光垂直照射在光栅上,先使望远镜对准中央亮线,然后向左转动望远镜,对
观察到的每一条汞光谱线,使谱线中央与分划板的垂直线重合,记录各谱线的角位置。
5.数据处理:
6.结果讨论与结论:
1.分析讨论
(1)对于汞灯光谱线,我通过查阅资料了解到,实验室用的最多的气体放电光源是高压汞灯,它是重要的紫外光源。
它在紫外、可见和红外都有辐射。
即其光谱成分中包括长波紫外线、中波紫外线、可见光谱及近红外光谱。
在用光栅测波长实验中,能够在望远镜中观察到汞灯光经光栅衍射后的光强较
大的光谱。
汞灯主要光谱线波长表
紫色 △404.66 强△407.78中410.81弱433.92弱434.75中△435.84强
蓝绿色 △491.60 强△496.03中
绿色 535.41 弱536.51 弱△546.07强567.59弱
黄色 △576.96 强△579.07强585.92弱589.02弱
橙色 △607.26 弱△612.33弱
红色 △623.44 中
深红色 △671.62 中△690.72中708.19弱
(2)光栅放置时没有使光栅平面与入射光方向垂直,如果以入射角θ斜入射到光栅上,则光栅方程为d(sinθ+sinφ)=kλ(k=0,±1,±2,…),在计
算时不考虑θ,会使结果出现偏差;
(3)为了消除上述误差,就要调整分光仪使光栅平面与入射光垂直:
开亮望远镜上的小灯,转动载物台,从望远镜中观察光栅平面反射回来的绿色十字
像,调节载物台的水平调节螺钉(B2或B3),使十字像与分划板上的十字线重合;
(4)本次实验我测出来的蓝光、绿光、黄光1,黄光2的波长分别为439.7±7.1,543.8±2.7,580.6±3.8,578.9±5.8,实验结果与实际情况基本吻合。
2.结论
(1)光栅是重要的分光仪器,能够将包含不同颜色的复色光分散开来,并且通过每种单色光的衍射的光栅方程计算出单色光的入射光波长;
(2)光栅衍射的实验证明了光具有波动性。
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- 光栅 波长