华南师范大学实验报告

学生姓名                              学      号                              

专    业       化学                   年级、班级                              

        课程名称       物理实验               实验项目    用透射光栅测光波波长       

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大学物理实验教案

实验名称：光栅衍射法测定光波长

1 实验目的

1）熟练分光计的调节。

2）理解光栅衍射现象；

3）学习用光栅衍射法测定光的波长。

2 实验器材

分光计、平面透射光栅、汞灯、平面反射镜

3 实验原理

3.1 实验原理

光栅和棱镜一样，是重要的分光光学元件，已广泛应用在光栅光谱仪、光栅单色仪等。光栅是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝。它分为透射光栅和反射光栅两种。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。现代制造光栅主要有刻划光栅、复制光栅和全息光栅等形式。本实验用的是平面透射光栅。

描述光栅特征的物理量是光栅常数d，其大小等于狭缝宽度a与狭缝间不透光部分的宽度b之和，即，习惯上用单位毫米里的狭缝数目N 来描述光栅特性。光栅常数与的关系为

                            （1）

根据夫琅禾费衍射理论，波长为λ的平行光束垂直入射到光栅平面上时，透射光将形成衍射现象，即在一些方向上由于光的相互加强后光强度特别大，而其他的方向上由于光的相消后光强度很弱就几乎看不到光。图40-1给出了形成光栅衍射的光路图。如果入射光源为线光源，经过光栅后衍射图样为一些相距较大的锐利的色彩斑斓的明亮条纹组成。而这些亮条纹

 

1、光源   2、狭缝   3、凸透镜   4、平面透射光栅   5、光栅衍射光谱

图40—1   实验原理示意图

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利用光栅测量任意入射角下的光波波长

@被偷吃的巧克力

（北京市海淀区西土城路十号 100876）

摘  要：以光栅衍射方程为理论依据, 在在垂直入射和斜入射的情况下，通过光栅来测定光波波长。利用光栅测定入射角的大小。通过数据处理以及不确定度的计算，得到了与理论值非常接近的实验结果，误差不超过0.35%。

关键词：光栅；衍射；分光计；光波波长

中图分类号：O436.1      文献标识码：A

Using optical grating to measure the wavelength of light at any incidence angle

xx

(Xitucheng road 10,Haidian District, Beijing,100876, China)

Abstract：with the diffraction grating equation as a theoretical basis, in the case of vertical incidence and oblique incidence, determine the wavelength of light through the grating. determine the size of the angle of incidence using the grating technique. by data processing and the calculation of the degree of uncertainty, we obtained a result very close to the theoretical value, the error not exceeding 0.35%.

Keywords: grating; diffraction; spectrometer; light wavelength;

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实验40 光栅衍射法测定光波长实验报告书写纲要 1 实验目的

2 实验原理

2.1 光栅衍射

2.2 光栅衍射法测量光波长的方法

2.3 分光计调节步骤

2.4 衍射角测量步骤

3 实验数据与处理

3.1 实验数据

用规范的表格列出实验数据并进行数据检验结果说明。

3.2 数据处理

给出各个直接测量物理量的平均值、标准偏差以及仪器极限误差等数据。 进行各个直接测量物理量的测量不确定度计算。

进行光波长测量平均值计算。

进行光波长测量不确定度计算。

注意：计算过程表述必须完整、严密。

4 实验结果

结果文字说明时必须说清什么光的波长。

5讨论

可以谈体会、方法改进、新方法、提高测量精确度、回答讨论题等。

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实验十七  分光计的使用   用光栅测波长

【预习题】

1．分光计主要由几部分组成？各自作用是什么？

答：（1）分光计主要由底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘五个部分组成。（2）底座上承载着其它四个部分，其中载物台、望远镜和刻度盘都可绕底座上的主轴转动；平行光管用来产生平行光；载物台用来放置被测样品；望远镜用来接收平行光；刻度盘与游标盘配合用来读取数据。

2．分光计调节要求是什么？

答：分光计的调节要达到三个要求：（1）望远镜能接收平行光。（2）平行光管能发出平行光。（3）望远镜的光轴和平行光管的光轴与仪器的主轴垂直。载物台与仪器的主轴垂直。

3．用光栅测波长时，光栅应如何放置？为什么？

答：用光栅测波长时按图17-7放置光栅。因为这样放置可方便调节。当调节平行光垂直照射光栅表面时（即光栅平面与平行光管轴线垂直），只须调节螺钉Ⅰ和Ⅱ；调节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行时，只须调节螺钉Ⅲ。

【思考题】

1．为什么要用各半调节法调节望远镜的主轴垂直于仪器的主轴？

答：综合考虑调节载物台调平螺钉Ⅰ或Ⅱ与调节望远镜水平度调节螺钉对正反两面亮十字反射像与分划板上方的水平刻线间高度差的相互影响，从而加快调节速度。

2．当狭缝过宽或过窄时，将会出现什么现象？为什么？

答：当狭缝过宽时，衍射条纹将变粗，相互靠近的条纹无法分开，在测量时难以确定条纹的中心位置。

当狭缝过窄时，将看不见衍射条纹，因而无法测量。

3．用公式测光波波长应保证什么条件？实验中如何检查条件是否满足？

答：用公式 测光波波长应保证：平行光垂直照射在光栅上。实验中通过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满足。0级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用（中叉丝）的水平叉丝平分。光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝（上叉丝）重合。

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实验十二  《用透射光栅测定光波波长》实验数据

表12－1 光栅衍射第一级谱线的角度数据表

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实验七用透射光栅测量光波波长及角色散率

一、            目的：

1  加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解；

2  掌握用透射关光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法。

3  测量光波波长。

二、            仪器及用具

分光计、透射光栅、汞灯。

三、            原理

1光栅衍射及光波波长的测定

   由夫琅和费衍射理论，当波长为的单色光垂直入射至光栅上，满足光栅方程

                （）      （1）

时，方向的光加强，其余方向的光几乎完全抵消。式中为光栅常数，为衍射角。若已知，则可求；若已知，则可求。

2        光栅的角色散率

光栅在方向的角色散率为

                            （2）

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