物理實驗-光柵測量ppt課件

1、光柵測量光柵測量衍射光柵Diffraction Gratings）物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新 熟悉和掌握分光計的調整和使用方法；熟悉和掌握分光計的調整和使用方法； 觀察汞光源通過光柵后的衍射光譜；觀察汞光源通過光柵后的衍射光譜； 根據(jù)譜線測定光柵常數(shù)、波長。根據(jù)譜線測定光柵常數(shù)、波長。實驗目的實驗目的物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新實驗原理實驗原理大量等寬等間距平行狹縫大量等寬等間距平行狹縫構成的光學元件。構成的光學元件。衍射光柵衍射光柵 ( (透射光柵透射光柵) )全息光柵：通過全息照相，將激光產生的干涉條紋在干板上曝光，經顯影定影全息光柵：通過全息照相，將激光產生的干涉條紋在干板

2、上曝光，經顯影定影制成全息光柵。制成全息光柵。實驗室中通常使用的衍射光柵實驗室中通常使用的衍射光柵 ，一般為一般為100100600/mm600/mm。物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新badf根據(jù)波動光學理論，當單色平行光垂直照射在光柵面上時，將產生夫瑯根據(jù)波動光學理論，當單色平行光垂直照射在光柵面上時，將產生夫瑯和費衍射現(xiàn)象，如下圖。產生明條紋的條件為和費衍射現(xiàn)象，如下圖。產生明條紋的條件為 dsink =k k= 0, 1, 2,其中其中d是光柵常數(shù)，是光柵常數(shù)，k為為第第k級衍射角，級衍射角， 為入射光波為入射光波長，長，k給出了該明紋的級次。給出了該明紋的級次。如果用會聚透鏡將衍射后

3、的平如果用會聚透鏡將衍射后的平行光會聚起來行光會聚起來,透鏡后焦面上透鏡后焦面上將出現(xiàn)一系列亮線將出現(xiàn)一系列亮線-譜線譜線.在在=0的方向上可以觀察到零的方向上可以觀察到零級譜線級譜線,其他級數(shù)的譜線對稱其他級數(shù)的譜線對稱分布在零級兩側分布在零級兩側.物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新bad透光縫寬度透光縫寬度 a a不透光縫寬度不透光縫寬度 b b光柵常數(shù)光柵常數(shù): :光柵常數(shù)與光柵單位長度的刻光柵常數(shù)與光柵單位長度的刻痕數(shù)痕數(shù)NN的關系的關系Nbad1badf物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新光柵光譜及分辨本領光柵光譜及分辨本領光柵光譜0級級1級級2級級-2級級-1級級3級級-3級級白光的

4、光柵光譜白光的光柵光譜物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新, 2, 1, 0sinkkd這時在這時在=0=0的方向上可以觀察到中央譜線極強稱為零級譜線），其它級的方向上可以觀察到中央譜線極強稱為零級譜線），其它級次的譜線則對稱地分布在零級譜線的兩側。次的譜線則對稱地分布在零級譜線的兩側。 在本實驗中，所用的光源為汞燈，其衍射譜線如下圖在本實驗中，所用的光源為汞燈，其衍射譜線如下圖: :物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新汞的特征譜線汞的特征譜線nmnm）：）：623.4623.4紅）紅）579.0/577.0579.0/577.0黃）黃）546.1546.1綠）綠）491.6491.6青）青）43

5、5.8435.8藍）藍）407.8407.8紫）紫）404.7404.7紫）紫）物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新調節(jié)光柵平面與平行光管的光軸垂直：調節(jié)光柵平面與平行光管的光軸垂直： 將平面鏡按下圖示方位放置在載物臺上，調節(jié)螺釘將平面鏡按下圖示方位放置在載物臺上，調節(jié)螺釘a2或或a3使有光柵表面反射回到望遠鏡中的十字與目鏡內黑色雙十使有光柵表面反射回到望遠鏡中的十字與目鏡內黑色雙十字叉絲的上十字叉絲線重合。字叉絲的上十字叉絲線重合。 物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新調節(jié)光柵的刻痕與分光儀主軸平行：調節(jié)光柵的刻痕與分光儀主軸平行： 轉動望遠鏡，觀察各級譜線，注意中央主極大條紋兩側轉動望遠鏡，觀

6、察各級譜線，注意中央主極大條紋兩側的譜線是否等高，若不等高，微調載物臺上螺釘?shù)淖V線是否等高，若不等高，微調載物臺上螺釘a1使各使各譜線在望遠鏡視場中等高。譜線在望遠鏡視場中等高。 測量衍射角：測量衍射角： 使望遠鏡中黑色雙十字叉絲豎直線、亮十字豎直線、狹使望遠鏡中黑色雙十字叉絲豎直線、亮十字豎直線、狹縫像三者重合；轉動望遠鏡，選擇一條明亮譜線，辨別縫像三者重合；轉動望遠鏡，選擇一條明亮譜線，辨別其級數(shù)，讀取該譜線在中央明紋兩側的位置，記錄數(shù)據(jù)。其級數(shù)，讀取該譜線在中央明紋兩側的位置，記錄數(shù)據(jù)。 物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新實驗內容實驗內容1.1.調節(jié)分光計至可以測量的調節(jié)分光計至可以測量

7、的狀態(tài)。狀態(tài)。2.2.將光柵放置在載物臺上，將光柵放置在載物臺上，調節(jié)使平行光管垂直于光柵調節(jié)使平行光管垂直于光柵平面，平面， 觀察衍射譜線，調節(jié)使觀察衍射譜線，調節(jié)使0 0級級左右兩邊的譜線等高。左右兩邊的譜線等高。 3.3.測量汞燈光譜線中的測量汞燈光譜線中的546.1546.1綠和綠和579.0/577.0579.0/577.0黃）黃） （挨得很緊的（挨得很緊的-1-1級、級、-2-2級級和和+1+1級、級、 + 2+ 2級的位置。級的位置。注：如果已知入射光的波長注：如果已知入射光的波長, ,用分光計測出用分光計測出k k級譜線對應的級譜線對應的衍射角衍射角k k則可求光柵常數(shù)則可求光

8、柵常數(shù)d ;d ; 若已知光柵常數(shù)若已知光柵常數(shù)d d，則反過來也可求出該譜線對則反過來也可求出該譜線對應的入射光波長應的入射光波長。物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新4.調整分光計處于正常工作狀態(tài)。安置光柵，調節(jié)平臺，使達到調整分光計處于正常工作狀態(tài)。安置光柵，調節(jié)平臺，使達到入射光垂直照射在光柵表面入射光垂直照射在光柵表面.5.測量黃光、綠光的光柵常數(shù)測量黃光、綠光的光柵常數(shù). 為了消除分光計刻度盤的偏心差，對同一方位要同時讀出為了消除分光計刻度盤的偏心差，對同一方位要同時讀出兩游標盤的讀數(shù)，取其平均。例如，對兩游標盤的讀數(shù)，取其平均。例如，對k級，左右游標讀數(shù)分級，左右游標讀數(shù)分別為別為

9、k及及k，對，對k級，左右游標讀數(shù)分別為級，左右游標讀數(shù)分別為k及及k （如（如圖），則圖），則k級衍射角為級衍射角為 6.將測量數(shù)據(jù)填入自擬表格、用列表法記錄實驗數(shù)據(jù)、并用公式將測量數(shù)據(jù)填入自擬表格、用列表法記錄實驗數(shù)據(jù)、并用公式計算。算出相對誤差計算。算出相對誤差E 。7.注意是設計性實驗，要求自補實驗原理及實驗步驟；并注意實注意是設計性實驗，要求自補實驗原理及實驗步驟；并注意實驗結果的單位表示。請查閱相關書籍。驗結果的單位表示。請查閱相關書籍。kkkkk41物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新015305051 50 00+ 14 50 14 -2 2-2 2 2= 2-2 + 2-2 2

10、 2-2+2-1+10物理實驗中心探物、窮理、務實、創(chuàng)新.附：實驗常見問題及處理1.1.實驗中觀察到的衍射條紋沒有與叉絲豎線平行就開始測量，這是記實驗中觀察到的衍射條紋沒有與叉絲豎線平行就開始測量，這是記錄的數(shù)據(jù)顯然是由誤差的。調節(jié)載物臺的螺絲，使衍射條紋與叉絲豎錄的數(shù)據(jù)顯然是由誤差的。調節(jié)載物臺的螺絲，使衍射條紋與叉絲豎線平行在測量。線平行在測量。2.2.實驗中所用的光柵能夠將所要測量的黃實驗中所用的光柵能夠將所要測量的黃1 1和黃和黃2 2分開，然而在實驗中分開，然而在實驗中有些實驗者調出的衍射條紋中黃有些實驗者調出的衍射條紋中黃1 1和黃和黃2 2線幾乎分不開，出現(xiàn)這種現(xiàn)象線幾乎分不開，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有：的原因有： 1.1.）狹縫調