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一、实验设计方案
1、实验目的
、了解光栅的分光特性;
、掌握什么是光栅常数以与求光栅常数的基本原理与公式;
、掌握一种测量光栅常数的方法。
2、实验原理
、测量光栅常数
光栅是由许多等宽度a(透光部分)、等间距b(不透光部分)的平行缝组成的一种分光元件。当波长为λ的单色光垂直照射在光栅面上时,则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播,经透镜会聚后相互干涉,并在透镜焦平面上形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下式决定:
(a+b)sinφk=kλ(k=0,±1,±2,…) ()
式中a+b=d称为光栅常数,k为光谱级数,φk为第k级谱线的衍射角。,k=0对应于φ=0,称为中央明条纹,其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。
如果入射光不是单色光,则由式()可知,λ不同,φk也各不一样,于是将复色光分解。而在中央k=0,φk=0处,各色光仍然重叠在一起,组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布k=1,2,…级光谱线,各级谱线都按波长由小到大,依次排列成一组彩色谱线,。
根据式(),如能测出各种波长谱线的衍射角φk,则从已知波长λ的大小,可以算出光栅常数d;反之,已知光栅常数d,则可以算出波长λ。本试验则是已知波长λ求光栅常数。
光栅衍射谱
、注意事项
、光源必须垂直入射光栅,否则会引起较大的误差。
、所有装置尽量处于同一水平面上,这样才能发生明显的衍射。
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、实验装置
光栅(分光)
750接口
钠灯
光传感器
计算机和数据处理软件DataStudio
转动传感器
实验装置说明:
钠灯提供光源,光通过光栅后到达屏上,并通过光传感器传到计算机中,我们手动屏,是光传感器能接收并将其数据传到计算机上,而我们转动的角度会通过转动传感器传给计算机(不过要加以计算,有60倍的关系)。
、选用仪器
实验仪器名称
型号
主要参数
用途
750接口
CI—7650
阻抗1 MΩ。最大的有效输入电压围±10 V
数据采集处理
计算机和DataStudio
CI6874
——
数据采集平台、数据处理
光谱分光计
OS—8539
——
——
钠灯
——
λ=5396Å
λ=5390Å
△λ=5393Å
提供光源
高灵敏度光传感器
CI—6604
敏感光谱区:320nm
数据采集
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—1100nm
输出电压:0—5V
转动传感器
CI—6538
数据采集
二、实验容与具体步骤:
测量光栅常数
、完好,然后打开钠光灯预热(直到显示紫色光时才