衍射光柵測(cè)光波波長(zhǎng)112:33:32實(shí)驗(yàn)室注意事項(xiàng)1.上實(shí)驗(yàn)室前：

弄清楚時(shí)間、地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、選課編號(hào)、組號(hào)。寫預(yù)習(xí)報(bào)告。

準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)用品如：U盤、鉛筆、直尺、圓規(guī)、草稿紙等，不要用鋼筆做圖做表。2.進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室：

先簽到，按組號(hào)坐。在報(bào)告單上填寫完整信息（特別是編號(hào)簽到表右上角、組號(hào)）。保持秩序，不得隨地吐痰、亂丟垃圾、吃東西、抽煙等。3.實(shí)驗(yàn)中：

愛護(hù)儀器設(shè)備，輕拿輕放，按照操作步驟，注意設(shè)備和人身安全。不得抄襲他人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)束：

數(shù)據(jù)記錄交老師簽字后，關(guān)閉電源、清理臺(tái)面，恢復(fù)儀器和凳子位置。不得帶走實(shí)驗(yàn)室物品。

一周之內(nèi)把實(shí)驗(yàn)報(bào)告投放到實(shí)驗(yàn)樓4樓電梯間名稱對(duì)應(yīng)的報(bào)告箱內(nèi)。212:33:32實(shí)驗(yàn)室安全事項(xiàng)1.上實(shí)驗(yàn)室前：

弄清楚樓層、安全疏散通道位置、消防器材位置等。

不要穿拖鞋、帶圍巾、長(zhǎng)項(xiàng)鏈、液體、食品等進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。長(zhǎng)發(fā)、長(zhǎng)袖要捆扎。2.進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室：

不得吃東西，不得將茶水及雜物放置試驗(yàn)臺(tái)上，嚴(yán)禁抽煙。3.實(shí)驗(yàn)中：

注意按照操作步驟，禁止電路短接。發(fā)現(xiàn)儀器發(fā)熱、冒火花、焦臭等異常現(xiàn)象立即報(bào)告。儀器輕拿輕放，不要撞擊跌落，探針等尖銳物品不得傷人。不得直視強(qiáng)光源，以免傷害眼睛。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)束：

實(shí)驗(yàn)做完后，立即關(guān)閉電源、清理臺(tái)面，恢復(fù)好儀器和凳子位置（推至桌子下），帶走自己物品及垃圾。312:33:32一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)光學(xué)技術(shù)中的光譜分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、全息照相、光學(xué)信息處理等都以光的衍射為理論基礎(chǔ)。1.加深光柵分光原理的理解。2.用透射光柵測(cè)定光柵常數(shù)d、光波波長(zhǎng)λ。3.熟悉分光計(jì)的使用方法。412:33:32二、實(shí)驗(yàn)原理1

如圖所示，設(shè)S為位于透鏡L1第一焦平面上的細(xì)長(zhǎng)狹縫，Ｇ為光柵，光柵的縫寬為d，相鄰狹縫間不透明部分的寬度b，透光部分的寬度為a，即d=a+b,自射出的平行光垂直地照射在光柵Ｇ上。透鏡L2將與光柵法線成θ角的衍射光會(huì)聚于其第二焦平面上的Pθ點(diǎn)。由夫瑯和費(fèi)衍射理論知，產(chǎn)生衍射亮條紋的條件：

512:33:321mm內(nèi)激光雕刻300條，一片幾百元二、實(shí)驗(yàn)原理2

dsinθ=kλ（k＝±1，±2，…，±n）(1)該式稱為光柵方程，式中θ角是衍射角，λ是光波波長(zhǎng)，k是光譜級(jí)數(shù)，d=a+b是光柵常數(shù)，因?yàn)檠苌淞翖l紋實(shí)際上是光源狹縫的衍射象，是一條銳細(xì)的亮線，所以又稱為光譜線。

612:33:32二、實(shí)驗(yàn)原理3

當(dāng)k＝０時(shí)，任何波長(zhǎng)的光均滿足（1）式，亦即在θ=0的方向上，各種波長(zhǎng)的光譜線重疊在一起，形成明亮的零級(jí)光譜，對(duì)于k的其它數(shù)值，不同波長(zhǎng)的光譜線出現(xiàn)在不同的方向上（θ的值不同），而與k的正負(fù)兩組相對(duì)應(yīng)的兩組光譜，則對(duì)稱地分布在零級(jí)光譜兩側(cè)。若光柵常數(shù)d已知，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)定了某譜線的衍射角θ和對(duì)應(yīng)的光譜級(jí)k，則可由（1）式求出該譜線的波長(zhǎng)λ；反之，如果波長(zhǎng)λ是已知的，則可求出光柵常數(shù)d。

dsinθ=kλ（k＝±1，±2，…，±n）

712:33:32三、實(shí)驗(yàn)器材1.分光計(jì)（JJY－1型）2.平面透射光柵3.汞燈

汞光源：可發(fā)出多條分立譜線的復(fù)色光源可調(diào)狹縫：作為發(fā)光物體平行光系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)載物平臺(tái)游標(biāo)尺：1‘主尺：0.5°變壓器及照明放大鏡812:33:32四、實(shí)驗(yàn)步驟11.分光計(jì)的調(diào)節(jié)（1）目測(cè)粗調(diào)：將望遠(yuǎn)鏡、載物臺(tái)、平行光管用目測(cè)粗調(diào)成水平，并與中心軸垂直。（2）用自準(zhǔn)法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪，直到能夠清楚地看清分劃板上的刻線為止。將小平面鏡放到載物臺(tái)上輕緩轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，或輕調(diào)載物臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡的水平，從望遠(yuǎn)鏡中觀察到反射回的綠色十字像（或模糊的像斑）。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡套筒的位置，使十字像清晰。注意消除視差。（3）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸垂直。先粗調(diào)，也就是首先通過(guò)目視調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)的水平調(diào)節(jié)螺釘，并輕緩轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，從望遠(yuǎn)鏡中能夠觀察到小平面鏡兩面反射回的十字像，然后細(xì)調(diào)望遠(yuǎn)鏡及載物臺(tái)的水平，使十字像與望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中上方刻線十字處重合。（4）調(diào)整平行光管。用已調(diào)好的望遠(yuǎn)鏡調(diào)整平行光管。調(diào)節(jié)狹縫裝置的位置，使從望遠(yuǎn)鏡里看到的狹縫的像最清晰，調(diào)節(jié)縫寬，使像的寬度大約1mm。調(diào)節(jié)平行光管的光軸與分光計(jì)的中心軸垂直。

912:33:32四、實(shí)驗(yàn)步驟22．調(diào)節(jié)光柵光柵的調(diào)節(jié)要求是：調(diào)節(jié)衍射光柵刻痕與分光計(jì)主軸平行。調(diào)節(jié)方法是：（1）點(diǎn)亮汞燈把平行光管的狹縫照亮，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，使其叉絲對(duì)準(zhǔn)平行光管的狹縫像，然后固定望遠(yuǎn)鏡。（2）把光柵放置在分光計(jì)的載物平臺(tái)上，放置位置如圖所示。盡可能做到使光柵平面垂直且平分載物臺(tái)上調(diào)節(jié)螺旋Z1、Z2的連線。

訣竅：光柵B頭與固定夾靠緊放置，AB光柵壓住固定夾對(duì)面半徑。（3）開啟目鏡小燈，旋轉(zhuǎn)刻度圓盤并轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺(tái)，調(diào)節(jié)螺旋Z1、Z2，使得從光柵平面反射回來(lái)的十字叉絲像與上十字叉絲重合，而且無(wú)視差。（4）把載物平臺(tái)連同光柵轉(zhuǎn)過(guò)180°，重復(fù)以上步驟，直至這兩個(gè)位置上，兩組叉絲都重合且無(wú)視差，至此，光柵平面既平行于分光計(jì)的主軸，且與平行光管的光軸相垂直。（5）汞燈光照射在平行光管的狹縫上，調(diào)節(jié)平行光管的傾斜角度，使狹縫像清晰地呈現(xiàn)在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)正中。旋松望遠(yuǎn)鏡固定螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，在光柵法線的兩側(cè)觀察各級(jí)衍射光譜，調(diào)節(jié)平臺(tái)螺旋Z3，使各級(jí)光譜線等高，這時(shí)，光柵刻痕與分光計(jì)主軸相平行。

1012:33:32四、實(shí)驗(yàn)步驟33．光柵常數(shù)d的測(cè)定以汞燈為光源，設(shè)汞燈綠色譜線的波長(zhǎng)λ=546.07nm為已知。（1）從光柵的法線（零級(jí)光譜明條紋）起向左轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡中叉絲與左邊第一級(jí)（k=-1）汞燈綠色譜線相重合，并記錄此時(shí)的游標(biāo)讀數(shù)φ-1，φ-1’。（2）反向向右轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，越過(guò)光柵法線，使望遠(yuǎn)鏡中叉絲與另一方向第一級(jí)（k=1）汞燈綠色譜線相重合，并記下此時(shí)的游標(biāo)讀數(shù)φ1，φ1’。則第一級(jí)譜線的衍射角為（3）將所測(cè)得綠光K=±1級(jí)衍射角φ值代入dsinθ=kλ式中，可計(jì)算出待測(cè)光柵的光柵常數(shù)d

值。（4）重復(fù)(1)-(3)步驟5次，并求出光柵常數(shù)d

的平均值。

1112:33:32四、實(shí)驗(yàn)步驟44．未知光波波長(zhǎng)λ測(cè)定（1）以汞燈為光源，可以看到一系列譜線，選紫藍(lán)色的譜線進(jìn)行測(cè)量。從光柵的法線起，向左轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡中叉絲分別與k=-1級(jí)衍射譜線相重合，并記錄每一條譜線對(duì)應(yīng)的兩個(gè)游標(biāo)讀數(shù)φ-1，φ-1’。（2）反向向右轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡叉絲分別對(duì)準(zhǔn)另一方向（中央明條紋另一側(cè)）k=1級(jí)衍射譜線，記錄各譜線對(duì)應(yīng)的兩個(gè)游標(biāo)讀數(shù)φ1，φ1’。（3）重復(fù)步驟(1)-(2)五次，記錄數(shù)據(jù)并求出平均值

,則一級(jí)譜線的衍射角為：（4）將其代入dsinθ=kλ中，求得波長(zhǎng)λ取平均值，并與公認(rèn)值相比較，要計(jì)算相對(duì)百分誤差。

老師演示實(shí)驗(yàn)最顯著的汞燈光譜線分別為435.835nm(藍(lán)色)，546.074nm(綠色)，576.959nm和579.065nm(黃橙)。1212:33:32五、數(shù)據(jù)記錄與處理11.望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)k=±1級(jí)，綠色光譜時(shí)兩個(gè)讀數(shù)窗口的讀數(shù)。

表1.綠色光譜光柵常數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表

次數(shù)K=-1級(jí)(望遠(yuǎn)鏡偏左)K=1級(jí)(望遠(yuǎn)鏡偏右)φ(°′)d（nm）φ-1(°′)φ-1’(°′)φ1(°′)φ1’(°′)1

/2

/3

/4

/5

///將5個(gè)角度的平均值度和分°′化為度°9.xx°d平均值sinφ°d的理論值為1/300mm即3333.33nm，求出d相對(duì)百分比誤差。dsinθ=λ，λ=546.07nm角度中1分=1/60度所有數(shù)據(jù)保留2位小數(shù)1312:33:32五、數(shù)據(jù)記錄與處理22.望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)k=±1級(jí)，紫藍(lán)色光譜時(shí)兩個(gè)讀數(shù)窗口的讀數(shù)。

表2.汞燈藍(lán)紫光譜線波長(zhǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表

次數(shù)K=-1級(jí)(望遠(yuǎn)鏡偏左)K=1級(jí)(望遠(yuǎn)鏡偏右)φ(°′)λ（nm）φ-1(°′)φ-1’(°′)φ1(°′)φ1’(°′)1

/2

/3

/4

/5

///將5個(gè)角度的平均值度和分°′化為度°7.xx°λ平均值sinφ°紫藍(lán)色光譜波長(zhǎng)435.835nm，求出λ相對(duì)百分比誤差。1412:33:32d=3333.33nmdsinθ=λ五、數(shù)據(jù)記錄與處理3

讀數(shù)裝置由刻度圓盤和沿圓盤邊相隔180°對(duì)稱安置的兩個(gè)游標(biāo)T、T′組成，如附圖所示。刻度圓盤分成360°，最小分度為半度（30′），小于半度的讀數(shù)，利用游標(biāo)讀出。游標(biāo)上有30格，故游標(biāo)上的讀數(shù)單位為1′。角游標(biāo)讀數(shù)方法與一般游標(biāo)相同。如附圖所示的位置，其讀數(shù)為87°（30′+15′）=87°45′,化為87.75°。兩個(gè)游標(biāo)對(duì)稱放置，是為了消除刻度盤中心與分光計(jì)中心軸線之間的偏心差，測(cè)量時(shí)，要同時(shí)記下兩游標(biāo)所示的讀數(shù)。注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否越過(guò)了刻度的零點(diǎn)。如越過(guò)了刻度零點(diǎn)，則需要減去360°取絕對(duì)值。（可以用手機(jī)拍下來(lái)放大去看）1512:33:32六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．