實(shí)驗(yàn)10用光柵測(cè)量光的波長(zhǎng)

1、實(shí)驗(yàn)10 用光柵測(cè)量光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜し止庥?jì)的調(diào)節(jié)及使用方法。通過觀察汞綠光經(jīng)過光柵及單縫的衍射現(xiàn)象，進(jìn)一步加深對(duì)光衍射理論的理解。掌握用光柵測(cè)量光波長(zhǎng)的方法。實(shí)驗(yàn)原理 1光柵測(cè)量波長(zhǎng) 平面光柵是一種根據(jù)光的波動(dòng)理論制成的色散元件,由大量等寬等間距,相互平行的狹縫(刻痕)所組成。經(jīng)常用于光譜分析儀器中。它不僅適用于分析可見光成分,還能用于紅外和紫外光波。在結(jié)構(gòu)上有平面光柵和凹面光柵之分,同時(shí)光柵分為透射式和反射式兩類。 常用的平面透射式刻痕光柵是用光學(xué)玻璃片刻制而成的,實(shí)驗(yàn)教學(xué)用的光柵一般是復(fù)制光柵或用兩束激光干涉照相記錄制成的全息光柵。當(dāng)光照射在光柵面上時(shí),刻痕處由于散射不易透光。只有在兩

2、刻痕中間的光滑部分,光才能通過,相當(dāng)于一條狹縫。因此光柵實(shí)際上是一排密集均勻而又平行的狹縫。 根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射原理,當(dāng)波長(zhǎng)為的單色平行光垂直照射在光柵平面上時(shí),在每一狹縫處都將產(chǎn)生衍射,如圖,但由于各縫發(fā)出的衍射光都是相干光,彼此之間又產(chǎn)生干涉。如果在光柵后面放置一透鏡,光經(jīng)過透鏡會(huì)聚在屏幕上,就會(huì)形成一系列被相當(dāng)寬的暗區(qū)隔開的,亮度大,寬度窄的明條紋。 沿著與入射線成j角傳播的各條波束,其相鄰光束中的光程差為=(+)j=j式中為縫寬,為刻痕寬度,=+稱為光柵常數(shù)。 根據(jù)波的疊加原理,在滿足j =(=1,2)時(shí),光將加強(qiáng),形成亮紋。其它方向的衍射光或者完全抵消,或者強(qiáng)度很弱,幾乎減為暗被景。式

3、中是光譜的級(jí)數(shù),j 是級(jí)譜線的衍射角。 從dj=j 式中看出,若已知光柵常數(shù)并測(cè)出某級(jí)明條紋的相應(yīng)的j角,則如入射光的波長(zhǎng)便可以由此得出。若一條包括各種波長(zhǎng)的白光,對(duì)于不同波長(zhǎng)的光,其衍射角j也相同。中央明紋各色重疊,呈白光,其兩側(cè)對(duì)稱分布著=1,=2,各級(jí)光譜。按波長(zhǎng)增加的次序由里向外展開形成彩色光譜,從而把復(fù)色光分解成單色光。2左右游標(biāo)讀數(shù)方法和偏心差的消除如右圖所示，計(jì)算公式是實(shí)驗(yàn)儀器 分光計(jì)、光柵、汞燈等。（二）實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)與使用 1分光計(jì)的調(diào)節(jié) 為了精確測(cè)量待測(cè)角度,必須將分光計(jì)調(diào)好,以達(dá)到三個(gè)要求:(1)平行光管出射平行光。(2)望遠(yuǎn)鏡能接受平行光。(3)經(jīng)過待測(cè)光學(xué)元件的光線構(gòu)成

4、的平面應(yīng)與儀器的中心轉(zhuǎn)軸垂直,即要求平行光管,望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于轉(zhuǎn)軸;待測(cè)元件的光學(xué)面應(yīng)平行于轉(zhuǎn)軸。 為了保證這些條件,必須對(duì)分光計(jì)進(jìn)行下述調(diào)節(jié),其中尤以望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)最為重要,其它調(diào)節(jié)均以望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)為主，具體調(diào)節(jié)步驟如下: 粗調(diào):用眼睛觀察并調(diào)節(jié)載物臺(tái)下方的三個(gè)調(diào)平螺絲,使載物臺(tái)水平,調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡、平行光管的調(diào)平螺絲的高度,使載物臺(tái)平面,望遠(yuǎn)鏡，平行光管大致垂直于儀器的主軸。細(xì)調(diào):.接通電源(6.3V),點(diǎn)亮小燈,將望遠(yuǎn)鏡里的分劃板照亮,并旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦手輪10,使分劃板刻線成象清晰。 .將雙面反射鏡放在載物臺(tái)上,緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),從望遠(yuǎn)鏡外側(cè)面觀察,看到反射平面有一亮十字,然后從望遠(yuǎn)鏡正面觀察,緩慢

5、地轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),則亮十字隨之移動(dòng),繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),當(dāng)反射平面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡時(shí),在望遠(yuǎn)鏡中可看到一亮光斑,這就是被平面鏡反射回來的綠色亮十字絲像。 .松開目鏡緊鎖螺釘,前后移動(dòng)套筒,使亮十字絲像清晰并消除視差,此時(shí),望遠(yuǎn)鏡已能接收平行光并成象于分劃板上,旋緊螺釘,此后目鏡筒不要再伸縮移動(dòng)。 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于載物臺(tái)轉(zhuǎn)軸,使望遠(yuǎn)鏡軸線回轉(zhuǎn)平面與刻度盤平面平行。 .轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),分別使反射鏡的兩反射面反射回來的亮十字絲象均進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。 .反射鏡的其中一反射面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡筒,此時(shí)觀察,亮十字絲象可能與分劃板上方的十字線不重合,調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘b1或b2,使高度差減少一半。再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡水平,調(diào)節(jié)螺釘,即亮十字

6、絲象與分劃板十字叉絲重合。這種調(diào)節(jié)方法稱為各半調(diào)節(jié)法。 .轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),使平面反射鏡轉(zhuǎn)過180此時(shí)反射鏡另一反射面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡筒,同樣用各半調(diào)節(jié)法進(jìn)行調(diào)節(jié),使亮十字象到達(dá)準(zhǔn)確位置。 .重復(fù)上述步驟,反復(fù)調(diào)節(jié),直至從兩個(gè)反射面反射回來的像與分劃板上方十字線重合為止。此時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直于載物臺(tái)光軸,且其回轉(zhuǎn)平面平行于刻度盤平面。 2調(diào)節(jié)平行光管調(diào)節(jié)平行光管使之產(chǎn)生平行光。 將聚焦于無窮遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡作為標(biāo)準(zhǔn),點(diǎn)燃鈉光燈,將狹縫照亮,并使望遠(yuǎn)鏡與平行光管基本在一直線上。前后移動(dòng)平行光管的套管,使狹縫位于物鏡焦平面上,從望遠(yuǎn)鏡中能看到清晰的狹縫的象(調(diào)節(jié)螺釘,使狹縫像寬約為1毫米左右)。并且狹縫的象和分劃板

7、刻線間無視差,這時(shí)平行光管發(fā)出的光即為平行光。 松開狹縫裝置鎖緊螺釘,并將狹縫裝置旋轉(zhuǎn)與望遠(yuǎn)鏡分劃板的水平刻線平行,調(diào)節(jié)螺釘,使狹縫與目鏡視場(chǎng)中的水平刻線重合。然后再將狹縫轉(zhuǎn)過90,使狹縫與目鏡中分劃板的垂直刻線重合。此時(shí),平行光管的光軸與望遠(yuǎn)鏡的光軸同軸,且都與儀器的主軸垂直。 3分光計(jì)讀數(shù)方法 分光計(jì)讀數(shù)圓盤分為3600,每一小格為30,游標(biāo)盤上等分30小格,而游標(biāo)30小格的弧長(zhǎng)與刻度盤29小格的弧長(zhǎng)相等,即本實(shí)驗(yàn)室中的分光計(jì)角游標(biāo)的精度為1。 4用光柵測(cè)波長(zhǎng) （1）放置光柵 放置光柵要求：（A）入射光垂直射到光柵表面。（B）平行光管的狹縫與光柵刻痕平行。 （2）從望遠(yuǎn)鏡中觀察衍射光譜的分布情況,注意中央明紋兩側(cè)的衍射光譜是否在同一水平面內(nèi)。 （3）用光柵測(cè)量鈉光燈各級(jí)明紋的衍射角。 （4）用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量光柵常數(shù)。 （5）計(jì)算鈉黃光波長(zhǎng)。 將測(cè)得的光柵常數(shù)d及各級(jí)明紋的衍射角分別代入公式(1),計(jì)算相應(yīng)的波長(zhǎng),并與鈉黃光波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)值(=5893Ao)比較。 5用單縫測(cè)定鈉光燈各級(jí)暗條紋的衍射角。注意事項(xiàng) 1分光計(jì)是精密儀器,各部分的調(diào)節(jié)螺釘比較多,在不清楚這些螺釘?shù)淖饔煤陀梅ㄒ郧?請(qǐng)不要亂擰,