文档介绍：实验四分光计测光栅常数实验
光栅是在一块透明板上刻有大量平行刻痕的光学元件,在每条刻痕处,光会向各个方向散射,光只能从刻痕间狭缝中通过。因此,可以把光栅看成一组数目很多、排列紧密、均匀而又平行的狭缝,这种根据多缝衍射原理制成的衍射光栅,能产生间距较宽的匀排光谱,从而将复色光分解成光谱,是一种重要的分光元件,可广泛应用于物质光谱分析、计量、光通讯信息处理等方面。光栅产生的谱线亮度虽比棱镜光谱要小,但谱线间距较宽,因此,它的分辨本领比棱镜高。
一、实验目的:
1、熟悉分光计的调整和使用。
2、观察光线通过光栅后的衍射现象。
3、掌握用光栅测量光波长及光栅常数的方法。
二、实验仪器
TTY—01型分光计,待测波长的光源,光栅。
三、实验原理:
光栅在结构上有平面光栅,阶梯光栅和凹面光栅等几种、同时又分为透射式和反射式两类。本实验选用透射式平面刻痕光栅。
透射式平面刻痕光栅是在光学玻璃片上刻划大量互相平行,宽度和间距相等的刻痕制成的。当光照射在光栅面上时,刻痕处由于散射不易透光,光线只能在刻痕间的狭缝中通过。因此,光栅实际上是一排密集均匀而又平行的狭缝。
若以单色平行光垂直照射在光栅面上,则透过各狭缝的光线因衍射将向各个方向传播,经透镜会聚后相互干涉,并在透镜焦平面上形成一系列被相当宽的暗区隔开的间距不同的明条纹。
按照光栅衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下式决定:
或:() (1)
式中:d=称为光栅常数,λ为入射光波长,k为明条纹(光谱线)级数,φk为K级明条纹的衍射角。
如果入射光不是单色光,则由式(1)可以看出,光的波长不同其衍射角φk也各不相同,于是复色光将被分解。而在中央k=0,φk=0处,各色光仍重叠在一起,组成中央明条纹,在中央明条纹两侧对称分布着k=1、2……级光谱,各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线,这样就把复色光分解为单色光
。
如果已知光栅常数d,用分光计测出k级光谱中某一明条纹的衍射角φk,按式(1)即可算出该明条纹所应的单色光的波长λ。
四、实验步骤与内容
1、调整分光计:
(1)目镜的调焦
(2)物镜调焦
(3)调整望远镜的光轴与仪器转轴垂直
(4)平行光管调节
2、观察光栅衍射现象
将光栅正确放置在载物平台上,要求光栅平面垂直平行光管的轴,转动望远镜,观察衍射光谱的分布情况。调节对应的载物台螺钉,使谱线分布基本一样高。
3、测量光栅常数
以***灯中绿光波长(λ=)为已知,测出光谱中绿光对应的衍射角φk,再由公式(1)计算出光栅常数d。或以钠灯黄光波长(λ1=589nm,λ2=)为已知,测出光谱中黄光对应的衍射角φk,再由公式(1)计算出光栅常数d。
4、测量***灯中黄光(或验证钠灯中另一黄光)的波长——选做
在望远镜中,找到衍射光谱中黄光对应的衍射光方位,然后计算对应的衍射角φk,最后由公式(1)计算波长。
5、实验步骤
(1)由于衍射光谱对中央明