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光栅测波长实验报告
篇一：光栅衍射实验报告
4.10光栅的衍射
【实验目的】
(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;
(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法;(3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
【实验原理】
衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱
线波长、研究光谱的结构和强度等。另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。1．测定光栅常数和光波波长光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。如图1所示，设光栅常数d=Ab的光栅g，有一束平行光与光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。从b点作bc垂直于入射光cA，再作bD垂直于衍射光AD，AD
与光栅法线所成的夹角为?。如果在这方向上由于光振动的加强而在F处产生了一个明条纹，其光程差cA+AD必等于波长的整数倍，即：d?sin??sini??m?（1）在光栅法线两侧时，（1）式括号内取负号。
如果入射光垂直入射到光栅上，即i=0，则（1）式变成：图1光栅的衍射
式中，?为入射光的波长。当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时，（1）式括号内取正号，
dsin?m?m?（2）
这里，m=0，±1，±2，±3，…，m为衍射级次，?m第m级谱线的衍射角。
图2衍射光谱的偏向角示意图
图3光栅衍射光谱
2．用最小偏向角法测定光波波长
如图2所示，波长为?的光束入射在光栅g上，入射角为i，若与入射线同在光栅法线n一侧的m级衍射光的衍射角为沪，则由式(1)可知
d?sin??sini??m?（3）若以△表示入射光与第m级衍射光的夹角，称为偏向角，
????i（4）
显然，△随入射角i而变，不难证明??i时△为一极小值，记作?，称为最小偏向角。并且仅在入射光和衍射光处于法线同侧时才存在最小偏向角。此时??i?带入式（3）得2dsin
?
2
（5）
?
2
?m?m=0，±1，±2， (6)
由此可见，如已知光栅常数d，只要测出了最小偏向角?，就可根据式(6)算出波长?。
【实验仪器】
1。分光计
分光计的结构和调整方法见4.3节。在本实验的各项任务中，为实现平行光入射并测准光线方叫位角，分光计的调
整应满足:望远镜适合于观察平行光，平行光管发出平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。
2。光栅
如前所述，光栅上有许多平行的，等距离的刻线。在本实验中应使光栅刻线与分光计主轴平行。如果光栅刻线不平行于分光计主轴，将会发现衍射光谱是倾斜的并且倾斜方向垂直于光栅刻痕的方向不平行于分光计方向，但谱线本身仍平行于狭缝。显然这会影响测量结果。通过调整小平台，可使光栅刻痕平行于分光计主轴。为调节方便,放置光栅时应使光栅平面
垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。3．水银灯
1．水银灯谱线的波长
水银灯谱线的波长
2.水银灯光谱图
汞灯的多级衍射光谱
3.使用水银灯注意事项
l)水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V 电源，否则要烧毁。2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭，否则会降低其寿命。3)水银灯的紫外线很强，不可直视。
【实验内容】
(1)调整分光计和光栅以满足测量要求。
(
光栅衍射法测量光波长数据处理参考 1.数据记录 表一 汞灯绿光衍射角的测量 次序 k θ 'k θ k -θ 'k -θ 1 230°3’ 50°0’ 268°27’ 88°25’ 2 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°24’ 3 230°2’ 50°0’ 268°26’ 88°23’ 4 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°24’ 5 230°3’ 49°58’ 268°27’ 88°24’ 6 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°25’ 7 230°2’ 49°59’ 268°27’ 88°25’ 8 230°3’ 49°59’ 268°28’ 88°23’ 注：极限误差0.017,2,1/300()m k d mm ?=?== 2、实验数据处理（数据计算要有过程，即计算公式、数值代入，有效数字的保留要正确） A 、对 k θ进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 k θ测量量进行检查，无坏值出现。 8 1 1230.048k ki i θθ===?∑ 0.0031k S θ= =? vp t =1.08 1.080.00310.0034k A vp u t S θ==?= 0.0098B u = == 0.010k u ===? B 、对 'k θ进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 'k θ 测量量进行检查，无坏值出现。 8 ''1 149.988k k i i θθ===?∑ ' 0.0038k S θ= = ? vp t =1.08 ' 1.080.00380.0041k A vp u t S θ==?= 0.0098B u = == '0.010k u ===? C 、对 k -进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 k θ-测量量进行检查，无坏值出现。
实验4.11 衍射光栅的特性与光波波长的测量 衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。衍射光栅一般可以分为两类：用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。本实验使用的是透射光栅。 根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。 本实验要求：理解光栅衍射的原理，研究衍射光栅的特性；掌握用衍射光栅精确测量波长的原理和方法；进一步熟悉分光计的工作原理和分光计的调节、使用方法。 【实验原理】 1．光栅常数和光栅方程 图4.11—1 衍射光栅 衍射光栅由数目极多，平行排列且宽度、间距都相等的狭缝构成，用于可见光区的光栅每毫米缝数可达几百到上千条。设缝宽为a，相邻狭缝间不透光部分的宽度为b，则缝间距d = a + b就称为光栅常数(图4.11—1)，这是光栅的重要参数。 根据夫琅和费衍射理论，波长 的平行光束垂直投射到光栅平面上时，光波将在每条狭缝处发生衍射，各缝的衍射光在叠加处又会产生干涉，干涉结果决定于光程差。因为光栅各狭缝间距相等，所以相邻狭缝沿θ方向衍射光束的光程差都是 d sinθ(图4.11—1)。θ是衍射光束与光栅法线的夹角，称为衍射角。 在光栅后面置一会聚透镜，使透镜光轴平行于光栅法线(图4.11—2)，透镜将会使图4.11—2所示平面上衍射角为θ的光都会聚在焦平面上的P点，由多光束干涉原理，在θ满足下式时将产生干涉主极大，户点为亮点：
用双缝干涉实验测光的波长教学设计 一、设计思想 本堂课主要利用光的干涉现象测量光的波长。通过本实验，我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干涉现象的条件，观察白光及单色光的干涉图样，并测定单色光的波长。学生在实验中，通过了解每个实验元件的作用，学会科学设计实验仪器和实验方案的思维方法；同时培养学生的实践能力、自学能力，培养学生的科学态度，让学生体验探究科学的艰辛与喜悦。 二、教学目标 1．知识目标： ⑴知道波长是光的重要参数 ⑵通过实验，学会运用光的干涉测定光的波长 ⑶更进一步理解光产生干涉的条件及探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 ⑷认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，培养学生独立完成实验的能力。 2．能力目标： 学会为达到实验目的而设计各种实验元件，培养学生的创造性思维和实践能力；学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。 3．情感目标： 通过本节课，培养学生的科学研究态度，体验探索科学的艰辛与喜悦。 三、重点与难点 经历科学探究过程，自己设计实验、完成实验并测定光的波长。 第 1 页共6 页
四、教学过程 1．实验装置的介绍——双缝干涉仪。 它由各部分光学元件在光具座上组成。如图—1所示。 光源滤光片单缝双缝遮光筒屏 图—1 双缝干涉仪 2．观察双缝干涉图样——探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到。 把直径约10cm、长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，在筒的观察端装上测量头。取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。单缝和双缝间的距离约为5cm~10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样（如图—2）。 图—2 白光的双缝干涉图样 在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色光的双缝干涉图样（如图—3）。 第 2 页共6 页 图—3 单色光的双缝干涉图样
实验十五用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 １．理解双缝干涉的原理,能安装和调试仪器． ２.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样. 3.掌握利用公式Δx=l d λ测波长的方法. 二、实验原理 单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离ｌ、单色光的波长λ之间满足λ＝d·Δx/l． 三、实验器材 双缝干涉仪，即:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺． 附:测量头的构造及使用 如图1甲所示,测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动,测量时,应使分划板的中心刻度对齐条纹的中心,如图乙，记下此时手轮上的读数．然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐,再次记下手轮上的刻度.两次读数之差就表示这两个亮条纹间的距离． 图1 实际测量时,要测出n条亮条纹(暗条纹)的宽度,设为a,那么Δx= a n－1 ． 四、实验步骤 1.安装仪器 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示. 图2 (2)接好光源,打开开关，使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿 轴线到达光屏.
（３)安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝相互平行. ２.观察与记录 (１）调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹. （2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹. (３)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第１条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a１； 转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a２，则相邻两条纹间的距离Δｘ＝＼f（｜a１-a2|,n－1). （４）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长. 3.数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式λ=错误!Δx计算波长．重复测量、计算,求出波长的平均值． 五、误差分析 测定单色光的波长,其误差主要由测量引起,条纹间距Δx测量不准,或双缝到屏的距离测不准都会引起误差,但都属于偶然误差,可采用多次测量取平均值的方法来减小误差． 六、注意事项 1．调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮. 2．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上． 3.调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数,转动手轮, 使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条纹间的距离. ４.不要直接测Δｘ,要测多个亮条纹的间距再计算得Δx，这样可以减小误差. ５．白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层． 记忆口诀 亮光源、滤光片,单缝双缝成一线; 遮光筒、测量头，中间有屏把像留； 单缝双缝平行放,共轴调整不能忘； 分划线、亮条纹,对齐平行测得准； n条亮纹读尺数，相除可得邻间距; 缝距筒长记分明，波长公式要记清. 例１在“用双缝干涉测光的波长”实验中：
分光计的调节和用衍射光栅测定光的波长 一、实验任务 1．了解分光计的结构和调节过程, 学习正确调节分光计; 2．观察光栅对钠光衍射现象； 3．用光栅衍射法测量钠光的波长； 4．观察白光的光栅衍射现象。 二、操作要点 1．调节分光计 （ 1）调节望远镜：先调节望远镜聚焦于无穷远处（即适合平行光），再调节望远镜的光轴与仪器的主轴垂直； （2）调节平行光管：先调节平行光管，使其发出平行光，再调节平行光管的光轴与 仪器的主轴垂直。 2．调节光栅 调节光栅平面的法线垂直于仪器的主轴，调节光栅刻痕方向平行于仪器的主轴。 3．测定钠光波长 测出各级衍射亮线的角位置，将测量数据填入记录表格中。光栅常数d=1/300 mm 。 4．观察光栅的白光衍射现象，并画出观察到的衍射图像。 三、注意事项 1．分光计是较精密的仪器，调节时要严格按照操作规程； 2．光栅是易损元件，注意轻拿轻放，以防打碎； 3．为了延长钠光灯的使用寿命，严禁频繁开闭。 四、报告要求 -- 1．计算衍射角度，由所测的各λ值计算λ，并将λ与钠黄光标准值λ= 589.3 nm相比较， κ 计算测量的相对偏差。要求写出完整的计算过程，包括所用公式和代入实验数据后的表达 式。 2．画出白光光栅衍射光谱示意图并标出光谱的色序排列。 五、设计性内容 钠黄光由两条谱线组成，测量它们的波长差。 六、讨论题 1、 3 。 附录： FGY-10 型分光计结构特点与使用方法简介（二校区实验室使用） 该型分光计的望远镜、平行光管结构及其调整方法与讲义中介绍的基本相同，但其读 数盘的结构及读数方法是不同的。见下图：
读数装置： 该分光计的读数装置如图所示，由主刻度盘、游标盘、照明灯及读数窗组成。在主刻 度盘周边沿半径方向刻有1080 条透光线条，将周边等份为1080 个分度。每分度所对应的圆心角为20′。在游标盘上对称地配置两个分度相同的游标。游标的40个分度与主刻度盘上的 39 个分度对应的圆心角相同（13° 00′ 00″）。根据游标原理可知，此游标的分度值 为30″。 读数方法： 接通分光计电源后，在读数窗中看到的度盘和游标刻线均呈亮条纹。游标盘与刻度盘 所对准的刻线，在两盘的弧线间以亮线贯通。读数时，20 ′的整数倍部分（以 A 表示）根据游标盘0 刻线在刻度盘中所处位置进行读数；不足20′的部分（以 B 表示）根据贯通线的位置再游标上读取。两部分之和（A+B）即为分光计角度的读数。 由于两盘的刻线面间有一定间距，当从 读数窗望下看时，贯通线的位置会随观察角 度不同而变化。这就要求在测量时要始终以 相同的观察角度（如总是垂直于读数窗）进 行读数。又因刻线具有一定宽度，有时会出 现两条线同时贯通的情况，这是刻将读数估 计在两条贯通亮线中间所对应的位置。 例如上图 (a) 所示情况， A = 250 ° 40′， B＝ 02′00″。于是，分光计的读数值为 θ=175 ° 42′ 00″。对于上图 (b) 的情况， A = 175 °20′， B＝ 06′ 15″，则分光计 读数为θ=175°26′15″。 ·1·
十八 用双缝干涉测光的波长 (一)目的 了解光波产生稳定的干涉现象的条件；观察双缝干涉图样；测定单色光的波长。 (二)原理 据双缝干涉条纹间距λd L x =?得，波长x L d ??=λ。已知双缝间距d ，再测出双缝到屏的距离L 和条纹间距Δx ，就可以求得光波的波长。 (三)器材 实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，如图实18-1所示，各部分元件包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏。 (四)步骤 1.将光源和遮光筒安装在光具座上,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏. 2.放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样. 3.在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样. 4.用米尺测出双缝到光屏的距离L,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)条纹间的距离Δx. 5.利用表达式x L d ??= λ,求单色光的波长. 6.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长. (五)注意事项 1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行,并且双缝和单缝间的距离约为5~10cm. 2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏的中心在同一条轴线上。 3.测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心. 4.为减小实验误差,先测出n 条亮(或暗)条纹中心间的距离a,则相邻两条亮(或暗)条纹间的距离1 -=?n a x . (六)例题 例1.（1）如图实18-2所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 图实18-1 图实18-2
衍射光栅测波长 光栅是一种重要的分光元件，是一些光谱仪器（如单色仪，光谱仪）的核心部分，它不仅用于光谱学，还广泛用于计量，光通信及信息处理等方面。 一、实验目的： 1、熟悉分光计的调整和使用。 2、观察光线通过光栅后的衍射现象。 3、掌握用光栅测量光波长及光栅常数的方法。 二、实验仪器 TTY —01型分光计，待测波长的光源，光栅。 三、实验原理： 光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，它能产生谱线间距离较宽的匀排光谱。所得光谱线的亮度比棱镜分光时要小一些，但光栅的分辨本领比棱镜大。 光栅不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波，常用于光谱仪上。 光栅在结构上有平面光栅，阶梯光栅和凹面光栅等几种、同时又分为透射式和反射式两类。本实验选用透射式平面刻痕光栅或全息光栅。 透射式平面刻痕光栅是在光学玻璃片上刻划大量互相平行，宽度和间距相等的刻痕制成的。当光照射在光栅面上时，刻痕处由于散射不易透光，光线只能在刻痕间的狭缝中通过。因此，光栅实际上是一排密集均匀而又平行的狭缝。 若以单色平行光垂直照射在光栅面上，则透过各狭缝的光线因衍射将向各个方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列被相当宽的暗区隔开的间距不同的明条纹。 按照光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定： λφk b a k ±=+sin )( 或：λφk d k ±=sin （ 2.1.0=k ） （1.3—1） 式中：d=)(b a +称为光栅常数，λ为入射光波长，k 为明条纹（光谱线）级数，φk 为K 级明条纹的衍射角。（参看图1.3—1）。 如果入射光不是单色光，则由式（1.3—1）可以看出，光的波长不同其衍射角φk 也各不相同，于是复色光将被分解。而在中央k=0，φk=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，在中央明条纹两侧对称分布着k=1、2……级光谱，各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线，这样就把复色光分解为单色光（如图1.3—1）
用双缝干涉实验测光的波长 ㈠设计思想 本堂课主要利用光的干涉现象测量光的波长。通过本实验，我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干涉现象的条件，观察白光及单色光的干涉图样，并测定单色光的波长。学生在实验中，通过了解每个实验元件的作用，学会科学设计实验仪器和实验方案的思维方法；同时培养学生的实践能力、自学能力，培养学生的科学态度，让学生体验探究科学的艰辛与喜悦。 ㈡教学目标 1．知识目标： ⑴知道波长是光的重要参数 ⑵通过实验，学会运用光的干涉测定光的波长 ⑶更进一步理解光产生干涉的条件及探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 ⑷认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，培养学生独立完成实验的能力。 2．能力目标： 学会为达到实验目的而设计各种实验元件，培养学生的创造性思维和实践能力；学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。 3．情感目标： 通过本节课，培养学生的科学研究态度，体验探索科学的艰辛与喜悦。 ㈢重点与难点 经历科学探究过程，自己设计实验、完成实验并测定光的波长。 ㈣教学过程 1．实验装置的介绍——双缝干涉仪。 它由各部分光学元件在光具座上组成。如图—1所示。 图—1 双缝干涉仪
2．观察双缝干涉图样——探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到。 把直径约10cm 、长约1m 的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，在筒的观察端装上测量头。取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。单缝和双缝间的距离约为5cm~10cm ，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样（如图—2）。 在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色光的双缝干涉图样（如图—3）。 单色光的双缝干涉图样：明暗相间、等距分布。 3． 猜测： 相邻的两条明（暗）条纹的间距△x 与哪些因素有关? 图—3 单色光的双缝干涉图样 图—2 白光的双缝干涉图样 S 1S 2图—4 实验示意图
用透射光栅测光波波长 一、实验目的 1、进一步学习分光计的调整和使用。 2.加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解 3 掌握用透射关光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法。 二、实验仪器 分光计、钠灯、光栅等 三、实验原理 光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件。它 不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波。由于制造方法或用途不同，光栅的种类很多，有刻痕光栅和全 息光栅之分；有透射光栅和反射光栅之分等等。本实验 选用透射式平面刻痕光栅，它在光栅上每毫米刻有n 条 刻痕，其光栅常数d = 1/n 。现代光栅技术可使n 多达一千条以上。 1．光栅衍射及光波波长的测定 由夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色光垂直入射至光栅上，满足光栅方程 λθk d =sin （ ,3,2,1,0=k ） （1） 时，θ方向的光加强，其余方向的光几乎完全抵消。式中d 为光栅常数，θ为衍射角。若已知λ，则可求d ；若已知d ，则可求λ。 2． 光栅的角色散率 光栅在θ方向的角色散率为 θ λθcos d k d d D == （2） 测出d 及θ，可求出该方向的角色散率D 。 四、实验内容和步骤 1．调节分光计 分光计的调节要求是：望远镜聚焦于无穷远；准直管发出平行光；准直管与望远镜同轴并与分光计转轴正交．调节时，首先用目视法进行粗调。使望远镜、准直管和载物台面大致垂直于分光计转轴，然后按下述步骤和方法进行细调． (1)用自准法调节望远镜聚焦于无穷远． (2)调节望远镜主轴垂直于仪器转轴． 1 75——图b d θP θ2L 1L S G
图33-5-------图33-6 (3)调节分划板上十字叉丝水平与垂直．转动载物平台，从目镜中观察绿十字像是否沿叉丝水平线平行移动，若不平行，则可转动分划板套筒使其平行(注意不要破坏望远镜的调焦), 到此，望远镜已调好，可作为基准进行其它调节． (4)调节准直管发出平行光且准直管主轴与转轴垂直 2、光栅位置的调节 将光栅按照上面平面镜的位置放置，并与准直管尽量垂直。一般情况下，因为光栅片与载物小平台并不垂直，因此，光栅放在已经调好的分光计上后，还要对分光计进行调节，但此时不能调节分光计的望远镜系统，只能调节载物小平台。其要求是：亮十字反射回来的像(绿十字)及狭缝像与调整叉丝的竖直线重合，亮十字反射回的像的水平线同时与调整叉丝的水平线重合。因为光栅的两面并不严格平行，因此，此时调节光栅时不必将光栅转动1800 。 用钠灯照亮狭缝，转动望远镜观察光谱，如果左右两侧的光谱线相对于目镜中的叉丝的水平线高低不等，说明光栅的衍射面和观察面不一致，这时可调节平台上的螺钉c ，使他们一致（调整a,b 可否？为什么？）。 3、测定光栅常数d 根据（1）式，只要测出第k 级光谱中波长为λ的已知谱线的衍射角θ，就可以求出d 值。测量钠光谱中双黄线中的nm D 995.5882=λ的第1级或第2级的衍射角。 方法：转动望远镜使叉丝对准谱线的中心，记录两游标的读数21,v v ；将望远镜转到另一侧，使叉丝对准谱线的中心，记录两游标的读数' '21,v v ，衍射角 )]()[(2 12211v v v v -'+-'=θ 重复测量三次，计算光栅常数d 及其标准不确定度。 4、测量光谱中绿光的波长 用以测出的光栅常数，在测量此谱线的衍射角就可以用衍射公式求出谱线的波长。衍射角的测量同上，测量三次。 5、测量光栅的角色散 对钠光灯，光谱中的双黄线nm D 592.5891=λ，nm D 995.5882=λ，两黄线的波长差为nm 597.0=?λ，测出其第1级、第2级光谱中的两黄线的衍射角21,θθ，衍射角的测量同上，测量三次。根据公式（2）计算角色散率。 思考题 １．本实验对分光仪的调整有何特殊要求？如何调节才能满足测量要求？ ２．分析光栅和棱镜分光的主要区别。 ３．如果光波波长都是未知的，能否用光栅测其波长？
大学物理实验教案 实验名称：光栅衍射法测定光波长 1 实验目的 1）熟练分光计的调节。 2）理解光栅衍射现象； 3）学习用光栅衍射法测定光的波长。 2 实验器材 分光计、平面透射光栅、汞灯、平面反射镜 3 实验原理 3.1 实验原理 光栅和棱镜一样，是重要的分光光学元件，已广泛应用在光栅光谱仪、光栅单色仪等。光栅是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝。它分为透射光栅和反射光栅两种。应用透射光工作的称为透射光栅，应用反射光工作的称为反射光栅。现代制造光栅主要有刻划光栅、复制光栅和全息光栅等形式。本实验用的是平面透射光栅。 描述光栅特征的物理量是光栅常数d ，其大小等于狭缝宽度a 与狭缝间不透光部分的宽度b 之和，即b a d +=，习惯上用单位毫米里的狭缝数目N 来描述光栅特性。光栅常数d 与N 的关系为 N d 1 = （1） 根据夫琅禾费衍射理论，波长为λ的平行光束垂直入射到光栅平面上时，透射光将形成衍射现象，即在一些方向上由于光的相互加强后光强度特别大，而其他的方向上由于光的相消后光强度很弱就几乎看不到光。图40-1给出了形成光栅衍射的光路图。如果入射光源为线光源，经过光栅后衍射图样为一些相距较大的锐利的色彩斑斓的明亮条纹组成。而这些亮条纹 1、光源 2、狭缝 3、凸透镜 4、平面透射光栅 5、光栅衍射光谱 图40—1 实验原理示意图
图40—2 汞灯的部分光栅衍射光谱示意图 所在的方位由光栅方程所确定，方程为 λφk d =sin （ 2,1,0±±=k ） （2） 其中，d 为光栅常数，k 为衍射级别，λ为光波长，φ为衍射角它是光栅法线与衍射方位角 之间的夹角。由（2）式可见，同一级的衍射条纹，如果波长不同其衍射角不同，所以光栅具有分光功能。图40-2为汞灯的部分光栅衍射光谱示意图。 光栅衍射现象是很容易观察到的，如果手头有一块光栅，可直接透过光栅观察某一光源就可看到衍射现象。实验室中经常在分光计上利用光栅衍射现象来进行光波长或光栅常数的测量。实验上，只要选择光栅常数已知的光栅，可见用待测光照射，使其产生衍射现象，同时用分光计测出各级衍射亮条纹所对应的衍射角k φ，那么由光栅方程（3）可以确定光波长，即： k d k φλsin = （3） 3.2 实验方法 如果有一台调节好的分光计，便可用来观察光栅衍射现象以及进行相关物理量的测定。如果光栅常数是已知的，那么把光栅置于分光计的载物台上，并确定光栅的刻线与平行光管的狭缝平行并使光栅平面与平行光管垂直。观察时，先把望远镜调节到对准平行光管，然后分别向左边和右边漫漫转动望远镜，便可观察到各个级别的衍射条纹，包括条纹的分布情况、各级条纹的亮度等等。对于第k 级衍射角的测量，可以把望远镜转动到对准第k 级衍射条纹， 测量其方向，读数为（k θ，k θ'）。再把望远镜转动到对准第k -级衍射条纹并测量其方向，读数为（k -θ，k -'θ）。根据条纹的对称性质，那么第k 级衍射条纹的衍射角用（4）式 )()(41 k k k k k θθθθφ'-'+-= - - （4） 得以计算。 4教学内容 1）分光计调节。 2）利用透射光栅测定汞灯中各个谱线的光波长。 5 实验教学组织及教学要求 1）检查设计方案并提出问题。 2）介绍光栅。 3）介绍测量内容及测量要求。 6 实验教学的重点及难点 1）重点： 1．分光计的调节（望远镜调焦、望远镜光轴调节、平行光管调节。） 2． 光栅放置的要求。 3．衍射角测量方法。 2）难点：
实验：用双缝干涉测量光的波长 【教案目标】 （一）知识与技能 1．掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。 2．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 （二）过程与方法 培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。 （三）情感、态度与价值观 体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。 【教案重点】 双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。 【教案难点】 x ?、L 、d 、λ的准确测量。 【教案方法】 复习提问，理论推导，实验探究 【教案用具】 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺 【教案过程】 （一）引入新课 师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律 生：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n ·2 λ ，n =0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n +1） 2 λ，n =0、1、2…时，出现暗纹。 师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢下面我们就来推导一下。 （二）进行新课 1．实验原理 师：［投影下图及下列说明］
设两缝S 1、S 2间距离为d ，它们所在平面到屏面的距离为l ，且l >>d ，O 是S 1S 2的中垂线与屏的交点，O 到S 1、S 2距离相等。 推导：（教师板演，学生表达） 由图可知S 1P =r 1 师：r 1与x 间关系如何 生：r 12=l 2+（x - 2d ）2 师：r 2呢 生：r 22=l 2+（x +2 d ）2 师：路程差|r 1-r 2|呢（大部分学生沉默，因为两根式之差不能进行深入运算） 师：我们可不可以试试平方差 r 22-r 12=（r 2-r 1）（r 2+r 1）=2dx 由于l >>d ，且l >>x ，所以r 1+r 2≈2l ，这样就好办了，r 2-r 1=Δr =l d x 师：请大家别忘了我们的任务是寻找Δx 与λ的关系。Δr 与波长有联系吗 生：有。 师：好，当Δr =2n ·2λ，n =0、1、2…时，出现亮纹。 即l d ·x =2n ·2 λ时出现亮纹，或写成x =d l n λ 第n 条和第（n -1）条（相邻）亮纹间距离Δx 为多少呢 生：Δx =x n -x n -1 =［n -（n -1）］ d l λ 师：也就是Δx =d l ·λ 我们成功了！大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗 生：成正比。 师：对，不过大家别忘了这里l 、d 要一定。暗纹间距大家说怎么算 生：一样。 师：结果如何 生：一样。 师：有了相邻两个亮条纹间距公式Δx = d l ·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。 2．观察双缝干涉图样 （教师指导学生按步骤进行观察，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
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 当一束波长为泊勺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①角的 平行光，经过透镜后汇聚于透镜焦平面出屏上一点P ,①角称为衍射角。由于光栅上各狭缝 是等间距的，所以沿①角方向的相邻光束间的光程差都等于 当沿①角方向传播的相邻光束间光程差dsin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： 由丨sin丨W知，主级大的级数限制是即在给定光 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 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入1、私，则波长差3入=-入入21第k级衍射角之差为 ds in ①=k 入（k=0、±、=t2， … ） k w d/,入 dsin①因为光程差一定，它们彼此之间将会发生干涉。
则第k级角色散率为D? = / （3单位为nm , 3单位为弧度） 由光栅方程可得D? =k/（dcos 0 则说明D0与d成反比，与k成正比。 / 2）光栅分辨本领R三？？3入 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 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：
高中物理-实验：用双缝干涉测量光的波长练习 1．(江苏徐州市高二下学期期末)双缝干涉的实验装置如图所示，双缝之间的距离是0.2mm 。关于该实验，下列说法正确的是( B ) A ．毛玻璃上的干涉条纹与双缝垂直 B ．将毛玻璃远离双缝，相邻两亮条纹中心的距离变大 C ．改用间距为0.3mm 的双缝，相邻两亮条纹中心的距离变大 D ．把红色滤光片换成绿色滤光片，相邻两亮条纹中心的距离变大 解析：屏上的干涉条纹与双缝平行，A 错；根据Δx ＝L d λ可知B 正确，C 、D 错误。 2．(四川省资阳市高二下学期期末)“利用双缝干涉测定光的波长”实验中，双缝间距d ＝0.4mm ，双缝到光屏的距离L ＝0.5m ，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A 、B 位置时游标卡尺读数也如图中所示，则： (1)分划板在图中A 、B 位置时游标卡尺读数x A ＝11.1mm ，x B ＝__15.6___mm ，相邻两条纹间距Δx ＝__0.75___mm ； (2)波长的表达式λ＝__d L Δx __(用Δx 、L 、d 表示)，该单色光的波长λ＝__6.0×10－7___m ； (3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将__变小___(填“变大”、“不变”或“变小”)。 解析：(1)由游标卡尺读数规则读出x B ＝15.6mm ，相邻两条纹间距Δx ＝ x B －x A 6＝0.75mm (2)波长表达式λ＝d L Δx ，将数据代入得λ＝6×10－7 m (3)频率变大则波长变小，所以Δx 将变小。 3．(河北省衡水中学高二下学期期中)用双缝干涉测光的波长。实验装置如图a 所示，已知单缝与双缝的距离为L 1，双缝与屏的距离为L 2，单缝宽为d 1，双缝间距为d 2。用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移
衍射光栅的特性与光波波长的测量 衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。衍射光栅一般可以分为两类:用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。本实验使用的是透射光栅。 根据多缝衍射的原理, 复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线, 称为光栅光谱, 所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。 本实验要求 :理解光栅衍射的原理, 研究衍射光栅的特性; 掌握用衍射光栅精确测量波长的原理和方法 ; 进一步熟悉分光计的工作原理和分光计的调 节、使用方法。 【实验原理】 1. 光栅常数和光栅方程 图 4.11— 1 衍射光栅 衍射光栅由数目极多, 平行排列且宽度、间距都相等的狭缝构成, 用于可见光区的光栅每毫米缝数可达几百到上千条。设缝宽为 a ,相邻狭缝间不透光部分的宽度为 b , 则缝间距 d = a + b 就称为光栅常数 (图 4.11— 1 , 这是光栅的重要参数。
根据夫琅和费衍射理论 , 波长λ的平行光束垂直投射到光栅平面上时 , 光波将在每条狭缝处发生衍射, 各缝的衍射光在叠加处又会产生干涉 , 干涉结果决定于光程差。因为光栅各狭缝间距相等,所以相邻狭缝沿θ方向衍射光束的光程差都是d sin θ(图 4.11— 1 。θ是衍射光束与光栅法线的夹角 ,称为衍射角。 在光栅后面置一会聚透镜, 使透镜光轴平行于光栅法线 (图 4.11— 2 , 透镜将会使图 4.11— 2所示平面上衍射角为θ的光都会聚在焦平面上的 P 点 , 由多光束干涉原理, 在θ满足下式时将产生干涉主极大, 户点为亮点 : , 2 , 1 , 0 ( sin ± ± = =k k d λ θ(4.11— 1 式中 k 是级数 , d 是光栅常数。 (1式称为光栅方程 ,是衍射光栅的基本公式。
《实验：用双缝干涉测量光的波长》测试题 一、实验：用双缝干涉测量光的波长实验题 1．某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时(如图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，A与B间有3条条纹，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙中游标卡尺的示数为____________mm．图丁中游标卡尺的示数为__________mm．实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是________________，所测光波的波长为________m．(保留两位有效数字) 2．(1)在“单摆测重力加速度”实验中，测量周期时，秒表指针如图1所示，读数为_____秒 (2)在“双缝干涉测量光的波长”实验中，某同学观察到如图2所示的干涉条纹，于是他使分划板中心刻线与亮条纹中央对齐，移动测量头进行测量，在这种情况下光的波长的测量值（__________） A．偏小 B．偏大 C．不变 3．在利用双缝干涉测量光的波长的实验中,需要从标尺上读出某条亮纹的位置．图甲中所示的读数是________mm．
若缝与缝间相距d,双缝到屏间的距离为L,相邻两个亮条纹中心的距离为x ?,则光的波长可表示为λ= ________(字母表达式),某同学在两个亮条纹之间测量,测出以下结果,其他数据为：0.20d mm =, 700L mm =,测量x ?的情况如图乙所示．由此可计算出该光的波长为λ=________m ． 4．某同学设计一个测定激光波长的实验，装置如甲图所示. 激光器发出的直径很小的红色激光进入一个一端装有双孔、另一端装有感光片的遮光筒，感光片上出现一排等距的亮点. ①这个现象说明激光具有____性.（选填“波动”或“粒子”）. ②通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长.设双孔间距离为a =0.22mm ，双孔到感光片的距离为L =1.0000m ，用带10分度游标的卡尺测量感光片上的点的距离时，第1个光点到第4个光点的距离如乙图所示，相邻光点间的距离是_____mm.该激光的波长λ=___m.（保留2位有效数字） 5．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中某同学将所有器材安装在如图甲所示的光具座上，已知实验中选用缝间距d =0.2mm 的双缝，屏与双缝之间的距离L =0.60m 。然后接通电源使光源正常工作。 (1)以上安装的各器件位置存在的问题是：______________________。 (2)已知测量头主尺的分度值是毫米，游标卡尺为10分度。图乙为分划板中心刻线与明条纹1和明条纹6对齐时游标卡尺示数，A 对应的读数为___________m ，相邻两个亮条纹之
基础训练46 测定玻璃的折射率 双缝干涉实验(实验七) （时间60分钟，赋分100分） 训练指要 “插针法”测玻璃的折射率是几何光学的重要实验，用双缝干涉实验测光的波长提供了测微小长度的方法，并进一步证实了光的波动性.通过训练，熟悉两实验的原理和方法，并在此基础上，熟悉其他的测量方法.第15题、第16题为创新题，启发我们积极思考，寻找出 更多更好的实验方法. 一、选择题(每小题5分，共35分) 1.测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应该注意的是 A.玻璃砖的宽度宜大些 B.入射角应适当小些 C.大头针应垂直地插在纸面上 D.大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些 2.某同学用插针法测定玻璃的折射率n,如图1—46—1所示，他的实验方法和操作步骤正确无误，但事后发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，那么下列说法中正确的是 图1—46—1 A.P1P2与P3P4两条直线不平行 B.P1P2与P3P4两条直线一定平行 C.他测出的n值一定偏大 D.他测出的n值不受影响 3.图1—46—2是双缝干涉的实验装置，其屏上P处发现明条纹，则双缝S1和S2到屏上P 点的距离之差一定是 图1—46—2 A.光波的半波长的奇数倍 B.光波的波长的奇数倍 C.光波的半波长的偶数倍
D.光波的波长的偶数倍 4.在光的干涉实验中，如果两条狭缝间的距离增加一倍，光的波长减半，则相邻两暗 条纹间的距离是原来的 A.4倍 B.0.5倍 C.0.25倍 D.不变 5.在双缝干涉实验中，用黄光得到一个干涉图样，若要使其干涉条纹间的距离变宽，可以采取的办法是 A.换用绿色的滤光片 B.换用红色的滤光片 C.使光源发出的光更强一些 D.使光屏向双缝靠拢一些 6.某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功，若他在此基础上对仪器的安装作如下改动，但还能使实验成功的是 A.将遮光筒内的光屏，向靠近双缝的方向移动少许，其他不动 B.将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动 C.将单缝向双缝移动少许，其他不动 D.将单缝与双缝的位置互换，其他不动 7.分别用a、b两种单色光在同一装置上做光的干涉实验时，观察到a光的干涉条纹中相邻两明条纹间距较大，则 A.a光的频率较大 B.a光的波长较大 C.a光子的能量较大 D.在玻璃中a光的速度较大 二、填空题(共65分) 8.（6分）根据“测定玻璃砖的折射率”实验的要求，请回答下列问题： （1）某同学完成了实验的准备阶段，在图1—46—3中的线段AO上竖直地插上大头针P 和P2，此后，该同学准备在b b′一侧插上大头针P3和P4，则插P3和P4的要求是： 1 ___________________________________________. 图1—46—3 （2）在实验中，有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算，根据他们设计的表格所反应的信息，判断他们论证做得是否正确.
实验6 用透射光栅测光波波长 光的衍射现象是光波动性质的一个重要表征。在近代光学技术中，如光谱分析、晶体分析、光信息处理等领域，光的衍射已成为一种重要的研究手段和方法。衍射光栅是利用光的衍射现象制成的一种重要的分光元件。光栅相当于一组数目众多的等宽、等距和平行排列的狭缝。光栅分应用透射光工作的透射光栅和应用反射光工作的反射光栅两种，本实验用的是透射光栅。 利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪已被广泛应用，它不仅用于光谱学，还广泛用于计量、光通信、信息处 理、光应变传感器等方面。所以，研究衍射现象及其规律，在理论和实践上都有重要意义。 预习要点 1、什么是光栅？它的作用是什么？ 2、光栅光谱有什么特点？ 3、分光计的作用是什么？如何调节？什么是渐近法？ 4、分光计的读数原理。设两个游标的原因。 实验目的 1．了解分光计的结构；学会分光计的调节和使用方法。 2．加深对光的衍射和光栅分光作用基本原理的理解。 3．学会用透射光栅测定光波的波长及光栅常数。 实验仪器 分光计，平面光栅，汞灯。 实验原理 光栅相当于一组数目众多的等宽、等距和平行排列的狭缝，被广泛用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中。光栅分应 用透射光工作的透射光栅和 应用反射光工作的反射光栅 两种，本实验用的是透射光 栅。 如图1所示，自透镜L 1 射出的平行光垂直地照射在 光栅Ｇ上。透镜L 2将与光栅 法线成θ角的衍射光会聚于 其第二焦平面上的P θ点。由 光栅方程得知，产生衍射亮条纹的条件为 λθk d =sin （k ＝±1，±2，…，±n ） （1） 式中θ角是衍射角，λ是光波波长，k 是光谱级数，d 是光栅常数，因为衍射亮条纹实际上是光源狭缝的衍射象，是一条锐细的亮线，所以又称为光谱线。 当k ＝０时，任何波长的光均满足（1）式，亦即在0=θ的方向上，各种波长的光谱线重叠在一起，形成明亮的零级光谱，对于k 的其它数值，不同波长的光谱线出现在不同的方向上（θ的值不同），而与k 的正负两组相对应的两组光谱，则对称地分布在零级光谱的两侧。若光栅常数d 已知，在实验中测定了某谱线的衍射角θ和对应的光谱级k ，则可由（1）式求出该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d 。 θ
课 题 用透射光栅测定光波波长 1、用透射光栅测定光栅常数、光波波长和光栅角色散； 教 学 目 的 2、加深对光栅分光原理的理解； 3、进一步熟悉分光计的使用方法。 重 难 点 1、用透射光栅测定光栅常数和光波波长； 2、分光计的调节和使用。 教 学 方 法 实验室教学，讲授、讨论、实验操作相结合。 学 时 4学时 衍射光栅是重要的分光元件。由于衍射光栅得到的条纹狭窄细锐，衍射花样的强度强，分辨本领高，所以广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中，光栅衍射原理也是x 射线结构分析、近代频谱分析和光学信息处理的基础。 光栅由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝构成，应用透射光工作的称为透射光栅，应用反射光工作的称为反射光栅。本实验用的是平面透射光栅。 一、实验仪器 分光计、平面透射光栅、手持照明放大镜，双面镜、日光灯、电源等。 二、实验原理 1、分光计的结构和工作原理（略） 2、测量原理 用平面透射光栅得到日光灯白光的夫朗和费衍射条纹，其中可以清晰的得到汞光 谱中的绿线（546.07nm λ=），钠光谱中的二黄线（1589.592D nm λ=，2588.995D nm λ=）。若d 为光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长，k 为光谱级数（0,1,2k =±±），则产 生衍射亮条纹的条件为： sin d k θλ= （光栅方程） （1）测量光栅常数 用汞灯光谱中的绿线（546.07nm λ=）作为已知波长测量光栅常数d 。
测量公式： sin k d λθ = （2）测量未知波长 已知光栅常数d ，测量钠灯光谱中的二黄线波长1D λ和2D λ。 测量公式： sin d k θ λ= （3）测量透射光栅的角色散 已知钠光谱中的二黄线的波长差λ?，测出钠光谱中的二黄线的衍射角，求光栅的角色散D 。 测量公式： D θλ ?=? 三、实验内容 1、测量透射光栅的光栅常数； 2、测量钠光谱中二黄线的波长； 3、测量透射光栅的角色散。 四、实验步骤和数据记录 1、分光计的调节 （1）调节要求 分光计的调节要达到“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直” 是指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜中能看到清晰的叉丝的像；望远镜对无穷远聚焦即平面镜返回清晰的绿十字的像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远镜中看到清晰的狭缝像。 （2）调节步骤 ①参照图1，简要的介绍分光计的基本构造以及各部件的功能和调节方法； ②目测粗调“三垂直”； ③调叉丝对目镜聚焦：打开电源，让照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜同时眼睛从目镜中观察，直至看到叉丝变清晰，此时叉丝正好位于目镜的焦平面上； ④调望远镜对无穷远聚焦；