文档介绍：用透射光栅测定光波波长
教学目的 1、用透射光栅测定光栅常数、光波波长和光栅角色散;
2、加深对光栅分光原理的理解;
3、进一步熟悉分光计的使用方法。
重难点 1、用透射光栅测定光栅常数和光波波长;
2、分光计的调节和使用。
教学方法实验室教学,讲授、讨论、实验操作相结合。
学时 4学时
衍射光栅是重要的分光元件。由于衍射光栅得到的条纹狭窄细锐,衍射花样的强度强,分辨本领高,所以广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中,光栅衍射原理也是x射线结构分析、近代频谱分析和光学信息处理的基础。
光栅由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝构成,应用透射光工作的称为透射光栅,应用反射光工作的称为反射光栅。本实验用的是平面透射光栅。
一、实验仪器
分光计、平面透射光栅、手持照明放大镜,双面镜、日光灯、电源等。
二、实验原理
1、分光计的结构和工作原理(略)
2、测量原理
用平面透射光栅得到日光灯白光的夫朗和费衍射条纹,其中可以清晰的得到***光谱中的绿线(),钠光谱中的二黄线(,)。若为光栅常数,为衍射角,为光波波长,为光谱级数(),则产生衍射亮条纹的条件为:
(光栅方程)
(1)测量光栅常数
用***灯光谱中的绿线()作为已知波长测量光栅常数。
测量公式:
(2)测量未知波长
已知光栅常数,测量钠灯光谱中的二黄线波长和。
测量公式:
(3)测量透射光栅的角色散
已知钠光谱中的二黄线的波长差,测出钠光谱中的二黄线的衍射角,求光栅的角色散。
测量公式:
三、实验内容
1、测量透射光栅的光栅常数;
2、测量钠光谱中二黄线的波长;
3、测量透射光栅的角色散。
四、实验步骤和数据记录
1、分光计的调节
(1)调节要求
分光计的调节要达到“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直”是指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦,即在目镜中能看到清晰的叉丝的像;望远镜对无穷远聚焦即平面镜返回清晰的绿十字的像;狭缝对平行光管物镜聚焦,即在望远镜中看到清晰的狭缝像。
(2)调节步骤
①参照图1,简要的介绍分光计的基本构造以及各部件的功能和调节方法;
②目测粗调“三垂直”;
③调叉丝对目镜聚焦:打开电源,让照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜同时眼睛从目镜中观察,直至看到叉丝变清晰,此时叉丝正好位于目镜的焦平面上;
④调望远镜对无穷远聚焦;
图1 分光计
图2 望远镜
⑤调望远镜的主光轴与分光计主轴垂直;
⑥调载物台平面与分光计主轴垂直;
⑦狭缝对平行光管的物镜聚焦;
⑧调平行光管主光轴与分光计主轴垂直。
3、光栅位置的调节
(1)调节要求
①把光栅面调节到垂直于入射光;
②把光栅衍射面调节到和观察面度盘平面一致。
(2)调节步骤
①使望远镜对准准直管,从望远镜中观察被照亮的准直管狭缝的像,使其和叉丝重合,固定望远镜;
②如图3放置光栅,点亮目镜叉丝照明灯(移开或关闭狭缝照明灯),左右转动载物平台,看到反射的“绿十字”,调节b2或b3使绿十字和目镜中的调整叉丝重合。这时光栅面已垂直于入射光。
③点亮狭缝照明灯,转动望远镜观察光谱,若左右两侧的光谱线相对于目镜中叉丝的水平线高低不等时(如图4),说明光栅