光柵衍射法測(cè)定氖光及其汞燈波長(zhǎng)

實(shí)驗(yàn)名稱：光柵衍射法測(cè)定氖光及其汞燈波長(zhǎng)錢學(xué)森92班宋有波090450541實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）熟練分光計(jì)的調(diào)節(jié)。2）理解光柵衍射現(xiàn)象；3）學(xué)習(xí)用光柵衍射法測(cè)定光的波長(zhǎng)。2實(shí)驗(yàn)器材分光計(jì)、平面透射光柵、氖燈、傳感器，計(jì)算機(jī)3實(shí)驗(yàn)原理3.1實(shí)驗(yàn)原理光柵和棱鏡一樣，是重要的分光光學(xué)元件，已廣泛應(yīng)用在光柵光譜儀、光柵單色儀等。光柵是一組數(shù)目極多的等寬、等距和平行排列的狹縫。它分為透射光柵和反射光柵兩種。應(yīng)用透射光工作的稱為透射光柵，應(yīng)用反射光工作的稱為反射光柵?，F(xiàn)代制造光柵主要有刻劃光柵、復(fù)制光柵和全息光柵等形式。本實(shí)驗(yàn)用的是平面透射光柵。描述光柵特征的物理量是光柵常數(shù)d，其大小等于狹縫寬度a與狹縫間不透光部分的寬度b之和，即，習(xí)慣上用單位毫米里的狹縫數(shù)目N來(lái)描述光柵特性。光柵常數(shù)與的關(guān)系為（1）根據(jù)夫瑯禾費(fèi)衍射理論，波長(zhǎng)為λ的平行光束垂直入射到光柵平面上時(shí)，透射光將形成衍射現(xiàn)象，即在一些方向上由于光的相互加強(qiáng)后光強(qiáng)度特別大，而其他的方向上由于光的相消后光強(qiáng)度很弱就幾乎看不到光。圖40-1給出了形成光柵衍射的光路圖。如果入射光源為線光源，經(jīng)過(guò)光柵后衍射圖樣為一些相距較大的銳利的色彩斑斕的明亮條紋組成。而這些亮條紋3332145ff+2+10-1-21、光源2、狹縫3、凸透鏡4、平面透射光柵5、光柵衍射光譜圖40—1實(shí)驗(yàn)原理示意圖-1-1-2+1+20紫綠黃黃紫綠紫綠黃紫綠黃圖40—2汞燈的部分光柵衍射光譜示意圖所在的方位由光柵方程所確定，方程為（）（2）其中，d為光柵常數(shù)，k為衍射級(jí)別，λ為光波長(zhǎng)，為衍射角它是光柵法線與衍射方位角之間的夾角。由（2）式可見，同一級(jí)的衍射條紋，如果波長(zhǎng)不同其衍射角不同，所以光柵具有分光功能。圖40-2為汞燈的部分光柵衍射光譜示意圖。光柵衍射現(xiàn)象是很容易觀察到的，如果手頭有一塊光柵，可直接透過(guò)光柵觀察某一光源就可看到衍射現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常在分光計(jì)上利用光柵衍射現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行光波長(zhǎng)或光柵常數(shù)的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)上，只要選擇光柵常數(shù)已知的光柵，可見用待測(cè)光照射，使其產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，同時(shí)用分光計(jì)測(cè)出各級(jí)衍射亮條紋所對(duì)應(yīng)的衍射角，那么由光柵方程（3）可以確定光波長(zhǎng)，即：（3）3.2實(shí)驗(yàn)方法如果有一臺(tái)調(diào)節(jié)好的分光計(jì)，便可用來(lái)觀察光柵衍射現(xiàn)象以及進(jìn)行相關(guān)物理量的測(cè)定。如果光柵常數(shù)是已知的，那么把光柵置于分光計(jì)的載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)好儀器，然后將裝有光敏傳感器的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)從右向左轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣在計(jì)算機(jī)屏幕上便掃描出各個(gè)級(jí)別的衍射條紋的光強(qiáng)，包括條紋的分布情況、各級(jí)條紋的亮度等等。4、實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn)一：測(cè)定汞燈的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定氖燈的波長(zhǎng)/5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：如附圖所示/6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：6.1汞燈波長(zhǎng)測(cè)定：數(shù)據(jù)處理如下譜線θθ（θ12445.8760.31685.5842.8404.522509.8690.81819.0909.5435.832744.3445.52298.81149.4546.942812.0375.52436.51218.3578.4經(jīng)過(guò)查表可知汞燈中對(duì)應(yīng)的四條譜線的公認(rèn)值分別為：紫光：404.66nm；藍(lán)光：435.83nm；綠光：546.07nm;黃光（去兩條譜線平均值）：578.02nm;可以算的其誤差分別為：E1=0.04%；E2=0.006%；E3=0.2%；E3=0.07%可見實(shí)驗(yàn)值與公認(rèn)值之間的誤差非常小6.2氖燈波長(zhǎng)測(cè)定：根據(jù)第七個(gè)峰值角度θ1=229.5及其對(duì)應(yīng)峰值的角度！θ2=2938.5可以算出中央主極大的角度θ=(θ1+θ2)/2=1584.0從而可推得各個(gè)峰值對(duì)應(yīng)角度，如下表所示：自左向右光峰值各光峰值對(duì)應(yīng)角度θ/分對(duì)稱光峰值對(duì)應(yīng)角度θ/分14.53163.5244.23123.8389.83078.24113.53054.55169.02999.06187.82980.27207.52960.58229.52938.59241.82926.210254.82913.211281.82886.212293.82874.213325.02843.014347.32820.7根據(jù)中間峰值最大的條紋角度，可以算的氖光波長(zhǎng)：λ=查表可得氖燈橙光有兩個(gè)波長(zhǎng)，分別為640.23nm與638.30nm，取其平均值=639.3nm誤差：E=實(shí)驗(yàn)結(jié)論及體會(huì)：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，用此實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得的氖燈波長(zhǎng)還是非常精