实验 光栅衍射幻灯片.ppt

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1、实验 光栅衍射第1页，共16页，编辑于2022年，星期五实验目的实验目的1了解光栅的主要特性；了解光栅的主要特性；2掌握分光计的调整和应用；掌握分光计的调整和应用；3观察光栅衍射现象，掌握用光栅观察光栅衍射现象，掌握用光栅 测定光波波长测定光波波长(或光栅常数或光栅常数)的方的方 法。法。第2页，共16页，编辑于2022年，星期五实验原理实验原理大量等宽等间距平大量等宽等间距平行狭缝行狭缝(或反射面或反射面)构成的光学元件。构成的光学元件。衍射光栅衍射光栅 (透射光栅透射光栅)反射光栅反射光栅(闪耀光栅闪耀光栅)一、光栅一、光栅 光栅制作光栅制作机制光栅机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距

2、的划痕：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕,刻过的地方不透刻过的地方不透光，未刻地方透光。光，未刻地方透光。全息光栅全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干板上曝光，：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。经显影定影制成全息光栅。通常在通常在 1 cm 内刻有成千上万条透光狭缝。内刻有成千上万条透光狭缝。第3页，共16页，编辑于2022年，星期五透光缝宽度透光缝宽度 a不透光缝宽度不透光缝宽度 b光栅常数光栅常数:光栅常数与光栅单位长度的刻痕数光栅常数与光栅单位长度的刻痕数N的关系的关系第4页，共16页，编辑于2022年，星期五二、光栅衍射二、光栅衍

3、射根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，如图所示。产生明条纹的条件为和费衍射现象，如图所示。产生明条纹的条件为 dsin k=k k=0,1,2,其中其中d是光栅常数，是光栅常数，k为衍为衍射角，射角，为入射光波长，为入射光波长，k给出了该明纹的级次。给出了该明纹的级次。如果用会聚透镜将衍射后如果用会聚透镜将衍射后的平行光会聚起来的平行光会聚起来,透镜透镜后焦面上将出现一系列亮后焦面上将出现一系列亮线线-谱线谱线.在在=0的方向的方向上可以观察到零级谱线上可以观察到零级谱线,其其他级数的谱线对称

4、分布在零他级数的谱线对称分布在零级两侧级两侧.第5页，共16页，编辑于2022年，星期五如果已知光栅常数如果已知光栅常数d，用分光计测出，用分光计测出k级谱线对应的级谱线对应的衍射角衍射角 k，则可求出该谱线对应的入射光波长，则可求出该谱线对应的入射光波长;若已知入射光的波长若已知入射光的波长,则反过来可求光栅常数则反过来可求光栅常数。第6页，共16页，编辑于2022年，星期五分光计一台、待测波长光源分光计一台、待测波长光源(钠光灯钠光灯)一一个、光栅常数已知个、光栅常数已知(d=1/100mm)及未知的及未知的光栅各一块光栅各一块.实验仪器实验仪器第7页，共16页，编辑于2022年，星期五实

5、验内容实验内容调整分光计处于正常工作状态。调整分光计处于正常工作状态。(参看实验参看实验17)安置光栅，调节平台，使达到入射光垂直照射在光栅表安置光栅，调节平台，使达到入射光垂直照射在光栅表面面.测量钠黄光波长测量钠黄光波长.为了消除分光计刻度盘的偏心差，对同一方位要同时读出两游标盘的读数，取其平均。例如，为了消除分光计刻度盘的偏心差，对同一方位要同时读出两游标盘的读数，取其平均。例如，对对k级，左右游标读数分别为级，左右游标读数分别为 k及及 k，对，对k级，左右游标读数分别为级，左右游标读数分别为 k及及 k，则，则k级衍射角为级衍射角为 将测量数据填入表格并计算比较误差将测量数据填入表格

6、并计算比较误差第8页，共16页，编辑于2022年，星期五注意事项注意事项1 分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。2 光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。轻放，以免弄脏或损坏。3 在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。若未锁紧，取得的数据会不可靠。4 测量中应正确使用望远镜转动的

7、微调螺丝，以便提高测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。工作效率和测量准确度。在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。第9页，共16页，编辑于2022年，星期五实验实验4-34-3 分光计的调节和使用分光计的调节和使用制作：林伟华制作：林伟华第10页，共16页，编辑于2022年，星期五分分光光计计是是一一种种能能精精确确测测量量角角度度的的典典型型光光学学仪仪器器，常常用用来来测测量量折折射射率率、光光波波波波长长、色色散散率

8、率和和观观测测光光谱谱等等分分光光计计的的调调节节思思想想、方方法法与与技技巧巧，在在光光学学仪仪器器中中有有一一定定的的代代表表性性，学学会会对对它它的的调调节节和和使使用用，有有助助于于掌握操作更为复杂的光学仪器掌握操作更为复杂的光学仪器 一.实验仪器结构第11页，共16页，编辑于2022年，星期五第12页，共16页，编辑于2022年，星期五2.2.用自准法调节望远镜用自准法调节望远镜（a a）点亮照明小灯，调节目镜与分划板间）点亮照明小灯，调节目镜与分划板间 的的距离，看清分划板上的距离，看清分划板上的“准线准线”和带有绿色的和带有绿色的小十字窗口（目镜对分划板调焦）小十字窗口（目镜对分

9、划板调焦）第13页，共16页，编辑于2022年，星期五 （c）从望远镜的目镜中观察到亮十字像，前后移动目镜对望远镜调焦，使亮十字像成清晰像再调准线与目镜间距离，使目镜中既能看清准线，又能看清亮十字像注意准线与亮十字像之间有无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除 此时分划板平面、目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远镜已聚焦于无穷远（即平行光经物镜聚焦于分划板平面上），能接受平行光了第14页，共16页，编辑于2022年，星期五 4.调节平行光管（a）目测粗调至平行光管光轴大致与望远镜光轴相一致（b b）打打开开狭狭缝缝，从从望望远远镜镜中中观观察察，同同时时调调节节平平行行光光管管狭狭缝缝与与透透镜镜间间距距离离，直直到到看看见见清清晰晰的的狭狭缝缝像像为为止止，然然后后调调节节缝缝宽宽使使望望远远镜镜视视场场中中的的缝宽约为缝宽约为1mm1mm第15页，共16页，编辑于2022年，星期五2.测量顶角A方法1：直准直法注意：在测量时为克服偏心差，每次读取刻度时，要记录两个注意：在测量时为克服偏心差，每次读取刻度时，要记录两个刻度值。刻度值。第16页，共16页，编辑于2022年，星期五