实验十：光栅衍射
一、实验目的
1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。
二、实验仪器
分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜
三、实验原理
光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。
设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。
衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。
由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即
()sin a b k θλ+=±
(0,1,2,)k = 这就是光栅方程。
从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。
四、实验步骤
1、调整分光计。
使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态，
平行光管发出平行光。 2、安置光栅
将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅
上。
可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远镜观察第一、二级衍射条纹。 3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。
S 2 S 1
S 3
（）3
（）2
（）
1（）
1（）2 （）3
G
2
φ12 φ22φ3
五、数据记录
'111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4
六、数据处理
将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1
300
a b mm +=
） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ=
绝对误差：λ∆= （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 相对误差：100%E λλ
λ
∆=
⨯=
结果表示：()nm λλλ=±∆= nm 。
七、思考题
实验十一：迈克尔逊干涉
一、实验目的
1、掌握迈克尔逊干涉仪的干涉原理，学习其使用方法；
2、观察迈克尔逊干涉仪的等顷干涉的特点；
3、测量e e H N -激光的波长。
二、实验仪器
迈克尔逊干涉仪 多光束激光电源
三、实验原理
迈克尔逊干涉仪主要光路如图，
1G 为分光板，2G 为补偿板。由激光源S 发出的光线1入到背面有镀膜的分束镜1G 上，光线被分为光线2和光线3。光线2由1G 反射到反射镜1M ，再经1M 反射，穿过1G 到达观测屏E 。光线3由1G 透射，经2G 入射到2M 上，经2M 反射，穿过2G ，由1G 反射到E 。光线2，3在E 相遇，这两束相干
光产生干涉。这两束光可以认为是从1M 和2M 的虚象'
2M 反射的反射光。由于1M 和2M 严格垂直，因此1M 和'2M 严格平行，所有经1M 和'2M 的反射光经透镜会聚到焦平面E 上，不同入
射角的光线会聚到E 的不同位置，相同入射角的光线形成等倾条纹，其形状为一系列的同心圆环。当入射角为i 时，光程差满足2cos d i k δλ==时，在焦平面上形成亮条纹。0i =时，2d N δλ==。当1M 移动时，可以看到干涉条纹从中心一环一环的“冒出”或“陷进”，1M 每移动/2λ，中心就会“冒出”或“陷进”一环条纹，因此测量1M 移动的距离d ∆和条纹变化的条数N ∆可以计算出入射光的波长，即2d
N
λ∆=
∆。 四、实验步骤
1、调整干涉仪 调整干涉仪下面的三个调平螺钉，使干涉仪处于水平状态。转动粗调手轮使1M 的指针在30--40mm 。
2、仪器调节 打开电源，点亮激光器，使激光经1G 反射和透射后能照亮1M 和2M 的大
部分。移开观测屏E ，可以看到由1M 和2M 反射的两排光点，调节1M 和2M 后的三个调节螺钉，选两排光点中亮度最大的两个光点重合。从观测屏E 上能看到干涉条纹。
3、测量He-Ne 激光波长
刻度基准线零点校准，转动微调手轮使对准“0”刻度，在转动粗调手轮使刻度线对准某一刻度。转动细调手轮，直到能看到干涉条纹从中心一环一环的“冒出”或“陷进”。并将中心调为暗斑，记录1M 的所在位置坐标。转动细调手轮，使干涉条纹从中心一环一环的“冒出”或“陷进”，每中心“冒出”或“陷进”100个环记录一次数据。记录10次数据。
五、数据记录
六、数据处理
根据6
210()500
i i d nm λ∆⨯=
计算出5个波长 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 计算平均波长：λ=
绝对误差：λ∆= （取平均波长与5波长的差中的最大者） 相对误差：100%E λλ
λ
∆=
⨯=
结果表示：()nm λλλ=±∆= nm 。
七、思考题
实验十二：分光计的调节与使用
一、实验目的
1、了解分光计的结构及各部件的作用；
2、掌握分光计的调节要求和调节方法；
3、学会用分光计测量角度的方法；
4、学会测量棱镜顶角和最小偏向角的方法及其测定玻璃折射率的方法。
二、实验原理
1、分光计的调节原理和要求
分光计的观测系统由待测光路所在平面、观察平面和读数平面组成。沿平行光管光轴出射的光线、在待测元件中走过的路程和反射光（或折射光）应在待测光路所在平面内。当望远镜光轴和仪器转轴垂直时，观察平面是平的。以上三个平面相互平行时，才能精确测量角度。
2、用反射法测量三棱镜顶角
由图可知，平行光管射出的平行光经AB 、AC 面反射，可证，放射光线 1、2的夹角ϕ与棱镜顶角α，满足2ϕα=的关系，测出ϕ，可算出α。
3、用最小偏向角法测三棱镜的折射率
入射光线和经三棱镜折射后的折射光之间的夹角为偏向角。改变入射角度时，偏向角也
跟着改变，当入射角为某一角度时，偏向角最小。记为min δ。则棱镜的折射率为min sin
2sin
2
n δα
α
+=
三、实验仪器
分光计 钠光灯 双平面反射镜 三棱镜
四、实验步骤
1、调节分光计
调节目镜，能看清楚分划板成像清晰。调节物镜焦距，前后移动物镜，使分
划板上能看到清晰的绿色十字架。调节望远镜，转动刻度盘，调节望远镜下的螺钉，直到使分划板上两次看到的绿色十字架关于分划板上的上一条水平线上下对称。调节载物台下的三
