衍射光柵zhangboPPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 衍射光柵衍射光柵zhangbo 2006年12月27日 三棱鏡光譜三棱鏡光譜 第1頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?3 3測(cè)定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長(zhǎng)。測(cè)定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長(zhǎng)。 1. 1. 觀察光的衍射現(xiàn)象，加深對(duì)光柵衍射原理的理解觀察光的衍射現(xiàn)象，加深對(duì)光柵衍射原理的理解 2 2進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用 第2頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 衍射光柵衍射光柵: 光柵是具有空間周期性結(jié)光柵是具有空間周期性結(jié) 構(gòu)的用于分光的光學(xué)元件。構(gòu)的用于分光的光學(xué)元件。 光柵分為透光柵分為透射光柵射光

2、柵和和反射反射 光柵光柵，若從形狀上可分為，若從形狀上可分為平平 面光柵面光柵和和凹面光柵凹面光柵，按制作，按制作 方法又可分為原制光柵、復(fù)方法又可分為原制光柵、復(fù) 制光柵和全息光柵。平面透制光柵和全息光柵。平面透 射光柵是由大量等寬、等距射光柵是由大量等寬、等距 、排列緊密的平行狹縫構(gòu)成、排列緊密的平行狹縫構(gòu)成 。 光柵常數(shù)光柵常數(shù): d=a+b 通常為通常為10-210-3mm 狹縫狹縫 寬度寬度 不透光不透光 刻痕寬刻痕寬 度度 第3頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 光柵方程光柵方程 ： d C B D A PP0 光柵光柵 透鏡透鏡 kd k )sin(sin 0時(shí)，有：時(shí)，有：

3、, 2, 1, 0 sin k kd k 入射光線和衍射光線在入射光線和衍射光線在 同側(cè)取同側(cè)取正正，異側(cè)取，異側(cè)取負(fù)負(fù) 第4頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 光柵光譜光柵光譜 如果入射光中包含兩個(gè)十分接近的波長(zhǎng)如果入射光中包含兩個(gè)十分接近的波長(zhǎng) 與與 ，由，由 于色散于色散, ,它們各有一套窄而亮的主極大。它們各有一套窄而亮的主極大。 光柵的主極大滿足光柵方程光柵的主極大滿足光柵方程kd k sin 波長(zhǎng)相差越大、級(jí)次越高波長(zhǎng)相差越大、級(jí)次越高, , 則分得越開(kāi)。則分得越開(kāi)。 如果是復(fù)色光入射，同級(jí)的如果是復(fù)色光入射，同級(jí)的 不同顏色的條紋按波長(zhǎng)的順不同顏色的條紋按波長(zhǎng)的順 序排列，序排

4、列，稱為稱為光柵光譜。光柵光譜。 第5頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 光盤的凹槽形成一個(gè)衍射光柵，光盤的凹槽形成一個(gè)衍射光柵， 在白光下能觀察到入射光被分離在白光下能觀察到入射光被分離 成彩色光譜。成彩色光譜。 第6頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 光柵往往是大型光譜分析儀的核心元件（棱鏡）光柵往往是大型光譜分析儀的核心元件（棱鏡） 第7頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 汞燈光譜分布汞燈光譜分布 第8頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié) 分光計(jì)的調(diào)整要求分光計(jì)的調(diào)整要求 粗調(diào)要求：粗調(diào)要求： 望遠(yuǎn)鏡、平行光管共望遠(yuǎn)鏡、平行光管共 軸，且與主軸垂直軸，且與

5、主軸垂直 望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)要求望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)要求 平行光管調(diào)節(jié)要求平行光管調(diào)節(jié)要求 望遠(yuǎn)鏡與分光計(jì)中望遠(yuǎn)鏡與分光計(jì)中 心軸的調(diào)節(jié)要求心軸的調(diào)節(jié)要求 望遠(yuǎn)鏡與平行光望遠(yuǎn)鏡與平行光 管等高共軸管等高共軸 望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處 相互垂直相互垂直 平行光平行光 第9頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 光光 柵柵 實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié) B1 B2 B3 光柵光柵 光光 柵放置柵放置 兩者正交兩者正交 如何調(diào)整如何調(diào)整? ? 如何判斷如何判斷? ? kd k sin 第10頁(yè)/共18頁(yè) k 平行光垂直光柵平面的判斷平行光垂直光柵平面的判斷 o 11 1 綠 綠 叉絲 綠“十”反 射像

6、中央明條 紋 方法一方法一: 方法二方法二: 第11頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 綠光綠光 黃內(nèi)黃內(nèi)黃外黃外 狹縫寬度的選擇狹縫寬度的選擇 第12頁(yè)/共18頁(yè) 實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)要求 (2)(2)求光柵常數(shù)求光柵常數(shù)d d 和黃光和紫光譜線的波長(zhǎng)和黃光和紫光譜線的波長(zhǎng) (1)(1)測(cè)汞光譜線的衍射角：測(cè)汞光譜線的衍射角： 一級(jí)綠光一級(jí)綠光（測(cè)六次）（測(cè)六次） 、 黃光、紫光、二級(jí)黃光黃光、紫光、二級(jí)黃光（測(cè)三次）（測(cè)三次） 已知綠光譜線的波長(zhǎng)已知綠光譜線的波長(zhǎng) = 546.1= 546.1nm nm ，求光柵常數(shù)求光柵常數(shù) 求求紫光紫光. .兩條黃光譜線的兩條黃光譜線的波長(zhǎng)波長(zhǎng)并與公認(rèn)值比較

7、并與公認(rèn)值比較. . / 1 / 111 4 1 TTTT sin d 2 2 1 1 sinsin T T1 1: k=+1: k=+1時(shí)時(shí), ,譜線方位譜線方位 T T-1 -1: k=-1 : k=-1時(shí)時(shí), ,譜線方譜線方 位位 d udd 標(biāo) 標(biāo)測(cè) - E 黃內(nèi)黃內(nèi) 黃外黃外 黃內(nèi)黃內(nèi) 黃外黃外 0-1-1級(jí)級(jí) +1+1級(jí)級(jí) 第13頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 數(shù)據(jù)處理提示數(shù)據(jù)處理提示 sin d 2 sin cosu ud )( 4 1 1111 TTTT 第14頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1.1.光柵是易損的光學(xué)元件，使用時(shí)要小心，不能

8、用光柵是易損的光學(xué)元件，使用時(shí)要小心，不能用 手觸摸光柵面。手觸摸光柵面。 2. 2. 汞燈在使用過(guò)程中不能頻繁啟閉；汞燈光線很強(qiáng)，汞燈在使用過(guò)程中不能頻繁啟閉；汞燈光線很強(qiáng)， 不要長(zhǎng)時(shí)間直視。不要長(zhǎng)時(shí)間直視。 第15頁(yè)/共18頁(yè) 2006年12月27日 思考與分析思考與分析 光柵方程光柵方程 成立的條件是什么成立的條件是什么? ? 如何保證平行光垂直入射至光柵表面如何保證平行光垂直入射至光柵表面? ?如何減少如何減少 由此引入的誤差由此引入的誤差? ? 為什么要測(cè)兩倍衍射角為什么要測(cè)兩倍衍射角? ? 光柵常數(shù)光柵常數(shù)d d的標(biāo)準(zhǔn)誤差的標(biāo)準(zhǔn)誤差u ud d如何計(jì)算如何計(jì)算? ? 觀察光柵光譜，

9、注意與三棱鏡產(chǎn)生的光譜相比有觀察光柵光譜，注意與三棱鏡產(chǎn)生的光譜相比有 何區(qū)別？何區(qū)別？ 從左到右移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，在整個(gè)過(guò)程中能看到幾組從左到右移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，在整個(gè)過(guò)程中能看到幾組 完整的汞燈光譜？最大完整的汞燈光譜？最大k k為幾？為幾？ kd k sin 第16頁(yè)/共18頁(yè) 分光計(jì)的調(diào)節(jié)步驟與衍射角測(cè)量分光計(jì)的調(diào)節(jié)步驟與衍射角測(cè)量 1.1.檢查檢查: : 平面鏡的放置平面鏡的放置; ; 讀數(shù)盤的固定讀數(shù)盤的固定; ; 綠色十字窗綠色十字窗 亮。亮。 2.2. 粗調(diào)粗調(diào): : 目鏡位置目鏡位置; ; 望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)的高低傾斜螺絲。望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)的高低傾斜螺絲。 3.3.望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡聚焦聚焦: : 旋轉(zhuǎn)目鏡看清準(zhǔn)線；前后移動(dòng)目鏡鏡筒看清小十字像。旋轉(zhuǎn)目鏡看清準(zhǔn)線；前后移動(dòng)目鏡鏡筒看清小十字像。 4.4.望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸垂直：望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸垂直： 減半逐次逼近法減半逐次逼近法 5.5.平行光管平行光管聚焦聚焦: :前后移動(dòng)狹縫位置前后移動(dòng)狹縫位置 6.6.平行光管與望遠(yuǎn)鏡等高共軸：平行光管與望遠(yuǎn)鏡等高共軸： 狹縫轉(zhuǎn)狹縫轉(zhuǎn)90 90 ， 調(diào)平行光管高低傾斜螺絲至像與準(zhǔn)線（中）重合。調(diào)平行光管高低傾斜螺絲至像與準(zhǔn)線（中）重合。 7.7.判斷入射光垂直照射光柵平面：