衍射光栅钟精.ppt

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1、衍射光栅钟第1页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日三棱镜光谱三棱镜光谱第2页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日实验目的实验目的3 3测定光栅常量和汞原子光谱部分特征波长。测定光栅常量和汞原子光谱部分特征波长。1.1.观察光的衍射现象，加深对光栅衍射原理的理解观察光的衍射现象，加深对光栅衍射原理的理解2 2进一步熟悉分光计的调节和使用进一步熟悉分光计的调节和使用第3页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Departm

2、ent ECUST）2006年12月27日实验原理实验原理衍射光栅衍射光栅:光栅是具有空间周期性结构光栅是具有空间周期性结构的用于分光的光学元件。的用于分光的光学元件。光栅分为透光栅分为透射光栅射光栅和和反射光栅反射光栅，若从形状上可分为若从形状上可分为平面光栅平面光栅和和凹面光栅凹面光栅，按制作方法又可分为，按制作方法又可分为原制光栅、复制光栅和全息光栅。原制光栅、复制光栅和全息光栅。平面透射光栅是由大量等宽、等平面透射光栅是由大量等宽、等距、排列紧密的平行狭缝构成。距、排列紧密的平行狭缝构成。光栅常数光栅常数:d=a+b通常为通常为10-210-3mm狭缝狭缝宽度宽度不透光刻痕不透光刻痕宽

3、度宽度第4页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日光栅方程：光栅方程：dCBDAPP0光栅光栅透镜透镜时，有：时，有：入射光线和衍射光线在入射光线和衍射光线在同侧取同侧取正正，异侧取，异侧取负负 第5页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日光栅光谱光栅光谱如果入射光中包含两个十分接近的波长如果入射光中包含两个十分接近的波长 与与，由于色，由于色散散,它们各有一套窄而亮的主极大。它们各有一套窄而亮的主极大。光栅的主极大满足光栅方程光栅的主极大满足

4、光栅方程波长相差越大、级次越高波长相差越大、级次越高,则则分得越开。分得越开。如果是复色光入射，同级的如果是复色光入射，同级的不同颜色的条纹按波长的顺不同颜色的条纹按波长的顺序排列，序排列，称为称为光栅光谱。光栅光谱。第6页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日汞灯光谱分布汞灯光谱分布光栅光栅中央明条纹中央明条纹K=0K=0一级明条纹一级明条纹K=K=-1-1绿绿黄黄黄黄绿绿一级明条纹一级明条纹K=K=1 1第7页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12

5、月27日光盘的凹槽形成一个衍射光栅，在光盘的凹槽形成一个衍射光栅，在白光下能观察到入射光被分离成彩白光下能观察到入射光被分离成彩色光谱。色光谱。第8页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日光栅往往是大型光谱分析仪的核心元件（棱镜）光栅往往是大型光谱分析仪的核心元件（棱镜）第9页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日实验仪器调节实验仪器调节分光计的调整要求分光计的调整要求粗调要求：粗调要求：望远镜、平行光管共轴，望远镜、平行光管共轴，且与主轴垂直

6、且与主轴垂直望远镜的调节要求望远镜的调节要求平行光管调节要求平行光管调节要求望远镜与分光计中心轴望远镜与分光计中心轴的调节要求的调节要求望远镜与平行光管等望远镜与平行光管等高共轴高共轴望远镜聚焦于望远镜聚焦于无穷远处无穷远处相互相互垂直垂直平行光平行光第10页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日光光 栅栅实验仪器调节实验仪器调节B1B2B3光栅光栅光光 栅放置栅放置两者正两者正交交如何调整如何调整?如如何判断何判断?第11页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）中

7、央明条纹中央明条纹-1-1级条纹级条纹1 1级条纹级条纹绿绿光栅光栅绿绿平行光垂直光栅平面的判断平行光垂直光栅平面的判断方法一方法一:方法二方法二:第12页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日绿光绿光黄内黄内黄外黄外狭缝宽度的选择狭缝宽度的选择第13页，本讲稿共18页实验要求实验要求(2)(2)求光栅常数求光栅常数d d 和黄光和紫光谱线的波长和黄光和紫光谱线的波长(1)(1)测汞光谱线的衍射角：测汞光谱线的衍射角：一级绿光一级绿光（测六次）（测六次）、黄光、紫光、二级黄光黄光、紫光、二级黄光（测三次）（测三次）已知

8、绿光谱线的波长已知绿光谱线的波长 =546.1=546.1nm nm，求光栅常数求光栅常数求求紫光紫光.两条黄光谱线的两条黄光谱线的波长波长并与公认值比较并与公认值比较.T T1 1:k=+1:k=+1时时,谱线方位谱线方位T T-1-1:k=-1:k=-1时时,谱线方位谱线方位黄内黄内黄外黄外黄内黄内黄外黄外0-1-1级级+1+1级级第14页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日数据处理提示数据处理提示第15页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月

9、27日实验注意事项实验注意事项1.1.光栅是易损的光学元件，使用时要小心，不能用光栅是易损的光学元件，使用时要小心，不能用手触摸光栅面。手触摸光栅面。2.2.汞灯在使用过程中不能频繁启闭；汞灯光线很强，汞灯在使用过程中不能频繁启闭；汞灯光线很强，不要长时间直视。不要长时间直视。第16页，本讲稿共18页华东理工大学理学院物理系（Physics Department ECUST）2006年12月27日思考与分析思考与分析光栅方程光栅方程 成立的条件是什么成立的条件是什么?如何保证平行光垂直入射至光栅表面如何保证平行光垂直入射至光栅表面?如何减少由此引入如何减少由此引入的误差的误差?为什么要测两倍衍

10、射角为什么要测两倍衍射角?光栅常数光栅常数d d的标准误差的标准误差u ud d如何计算如何计算?观察光栅光谱，注意与三棱镜产生的光谱相比有何区观察光栅光谱，注意与三棱镜产生的光谱相比有何区别？别？从左到右移动望远镜，在整个过程中能看到几组完整的从左到右移动望远镜，在整个过程中能看到几组完整的汞灯光谱？最大汞灯光谱？最大k k为几？为几？第17页，本讲稿共18页分光计的调节步骤与衍射角测量分光计的调节步骤与衍射角测量1.1.检查检查:平面镜的放置平面镜的放置;读数盘的固定读数盘的固定;绿色十字窗绿色十字窗亮。亮。2.2.粗调粗调:目镜位置目镜位置;望远镜和载物台的高低倾斜螺丝。望远镜和载物台的

11、高低倾斜螺丝。3.3.望远镜望远镜聚焦聚焦:旋转目镜看清准线；前后移动目镜镜筒看清小十字像。旋转目镜看清准线；前后移动目镜镜筒看清小十字像。4.4.望远镜光轴与分光计中心轴垂直：望远镜光轴与分光计中心轴垂直：减半逐次逼近法减半逐次逼近法5.5.平行光管平行光管聚焦聚焦:前后移动狭缝位置前后移动狭缝位置6.6.平行光管与望远镜等高共轴：平行光管与望远镜等高共轴：狭缝转狭缝转90 90，调平行光管高低倾斜螺丝至像与准线（中）重合。调平行光管高低倾斜螺丝至像与准线（中）重合。7.7.判断入射光垂直照射光栅平面：判断入射光垂直照射光栅平面：8.8.测定衍射角测定衍射角:一级绿光一级绿光（测六次）、（测六次）、黄内外光、紫光黄内外光、紫光（测三次）（测三次）二级黄光二级黄光（测三次）（测三次）黄内黄内黄外黄外黄内黄内黄外黄外0级-1-1级级+1+1级级第18页，本讲稿共18页