用光柵測量光波波長.doc

北京科技大學 物理實驗報告 用光柵測量光波波長實驗報告學院班級學號姓名實驗目的與實驗儀器【實驗目的】（1） 學習調(diào)節(jié)和使用分光儀觀察光柵衍射現(xiàn)象。（2） 學習利用光柵衍射測量光波波長的原理和方法。（3） 了解角色散與分辨本領(lǐng)的意義及測量方法?！緦嶒瀮x器】JJY分光儀(1)、光柵、平行平面反射鏡、汞燈等。實驗原理（限400字以內(nèi)）1、 光柵方程dsin=k k=0, 1, 2,主極大的級數(shù)限制：kd2、光柵色散本領(lǐng)與分辨本領(lǐng)光柵的分光原理：波長越長，衍射角越大。色散現(xiàn)象：入射光是復合光，不同的波長被分開，按從小到大依次排列，成為一組彩色條紋，就是光譜。K級次的角色散率：D=dd=kdcos光柵的分辨本領(lǐng)定義為剛好能分辨開的兩條單色譜線的波長差與這兩種波長的平均值之比：R=實驗步驟光柵方程是在平行光垂直入射到光柵平面的條件下得出的，因此要按此要求調(diào)節(jié)儀器：1） 按實驗4.14【實驗裝置】部分的“1.分光儀的構(gòu)造”和“2.分光儀的調(diào)節(jié)”內(nèi)容調(diào)節(jié)好分光儀。2） 調(diào)節(jié)光柵平面使之與平行光管光軸垂直：調(diào)B2或B3十字水平線。3） 調(diào)節(jié)光柵使其透光狹條與儀器主軸平行：調(diào)B1使譜線高度一致。4） 用汞燈照亮平行光管的狹縫，設(shè)平行光垂直照射在光柵上，轉(zhuǎn)動望遠鏡定性觀察譜線的分布規(guī)律與特征；然后改變平行光在光柵上的入射角度，轉(zhuǎn)動望遠鏡定性觀察譜線的分布的變化。5） 測量肉眼可以很清楚看到的汞燈藍色、綠色、黃色I、黃色II四條譜線。使望遠鏡對準中央亮線，向左轉(zhuǎn)動，對觀察到的每一條汞光譜線，使譜線中央與分劃板的垂直線重合，將望遠鏡此時的角位置(P左,P左) 記錄到表5.8-1到5.8-4中。同樣的，向右轉(zhuǎn)動，將望遠鏡此時的角位置(P右,P右) 記錄到表5.8-1到5.8-4中。讀數(shù)：【分析討論】討論光柵的作用、汞光譜線的分布規(guī)律與特征、平行光入射角度對譜線分布的影響等，對實驗結(jié)果進行評價。答：1、光柵主要有四個基本性質(zhì):色散、分束、偏振和相位匹配，光柵的絕大多數(shù)應(yīng)用都是基于這四種特性。光柵的色散是指光柵能夠?qū)⑾嗤肷錀l件下的不同波長的光衍射到不同的方向，它使得光柵取代棱鏡成為光譜儀器中的核心元件；光柵的分束特性是指光柵能夠?qū)⒁皇肷鋯紊夥殖啥嗍錾涔獾谋绢I(lǐng)；光柵的相位匹配性質(zhì)是指光柵具有的將兩個傳播常數(shù)不同的波禍合起來的本領(lǐng)。最明顯的例子是光柵波導禍合器，它能將一束在自由空間傳播的光束禍合到光波導中。衍射光柵是一種分光元件,也是光譜儀器的核心元件。2、高壓汞燈的相對光譜能量分布如圖所示：可見光區(qū)4根汞線的強度(404nm、436nm、546nm和577579nm)明顯更強，總輻射能量中約有37是可見光，其中一半以上集中在這4根汞的特征譜線上。3、當入射光線與光柵不垂直而偏離的角度小于3時。這部分誤差較小而可以忽略，但隨著偏離角度的增大，測量誤差會顯著增加，衍射條紋會相應(yīng)地移動一個角度，要用d*（sin入射角+sin）=k進行計算。4、實驗數(shù)據(jù)基本合理，實驗結(jié)果基本正確。3、【思考題】如何利用分光儀測量光柵的光柵常數(shù)？給出實驗方法和主要實驗步驟。答：讓已知波長為的入射光垂直照射到光柵上,用分光儀測量并計算出，之后根據(jù)光柵方程,dsin=k求出d。主要實驗步驟：緊接著本節(jié)實驗進行操作，將汞燈換成波長為的入射光垂直照射到光柵上，根據(jù)本節(jié)實驗中的測量步驟中的操作得到和，重復測量23次，利用衍射角計算公式計算出，最后帶入光柵方程求解出d