实验41用衍射光栅测光波波长复习课程
【2017年整理】实验21衍射光栅的特性与光波波长的测量
实验4.11 衍射光栅的特性与光波波长的测量衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。
实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。
衍射光栅一般可以分为两类：用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。
本实验使用的是透射光栅。
根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。
在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。
本实验要求：理解光栅衍射的原理，研究衍射光栅的特性；掌握用衍射光栅精确测量波长的原理和方法；进一步熟悉分光计的工作原理和分光计的调节、使用方法。
【实验原理】1．光栅常数和光栅方程图4.11—1 衍射光栅衍射光栅由数目极多，平行排列且宽度、间距都相等的狭缝构成，用于可见光区的光栅每毫米缝数可达几百到上千条。
设缝宽为a，相邻狭缝间不透光部分的宽度为b，则缝间距d = a + b就称为光栅常数(图4.11—1)，这是光栅的重要参数。
根据夫琅和费衍射理论，波长 的平行光束垂直投射到光栅平面上时，光波将在每条狭缝处发生衍射，各缝的衍射光在叠加处又会产生干涉，干涉结果决定于光程差。
因为光栅各狭缝间距相等，所以相邻狭缝沿θ方向衍射光束的光程差都是 d sinθ(图4.11—1)。
θ是衍射光束与光栅法线的夹角，称为衍射角。
在光栅后面置一会聚透镜，使透镜光轴平行于光栅法线(图4.11—2)，透镜将会使图4.11—2所示平面上衍射角为θ的光都会聚在焦平面上的P点，由多光束干涉原理，在θ满足下式时将产生干涉主极大，户点为亮点：),2,1,0(s i n ±±==k k d λθ （4.11—1）式中k 是级数，d 是光栅常数。
(1)式称为光栅方程，是衍射光栅的基本公式。
由(1)式可知，θ=0对应中央主极大，P 0点为亮点。
中央主极大两边对称排列着±1级、±2级……主极大。
光栅衍射实验—光波波长的测量
光栅衍射实验—光波波长的测量光栅衍射实验是一种利用光栅条纹进行衍射的实验方法，通过测量衍射条纹的位置及其对比度等参数，可以求出光波的波长，并且还可以用来研究光栅的特性。
一、实验原理1.光栅的概念光栅是一种特殊的光学元件，它是由若干个平行排列的细缝或反射率不同的条纹组成的，当光线垂直入射到光栅上时，经过衍射后，会形成一系列等间距、亮暗交替的光条纹。
这些光条纹的位置和强度是与光波的波长和光栅的特性相关的。
2.光栅衍射的原理当一束平行光垂直入射到光栅上时，在光栅的每个细缝处都会产生不同程度的衍射，形成多个次级光源，这些次级光源再次经过衍射后形成的干涉条纹就是我们所要研究的光谱。
在光栅衍射中，由于光栅条纹之间的间隔很小，因此形成的光谱具有非常高的分辨率。
3.衍射条纹的位置根据衍射理论，在一般情况下，衍射条纹的位置由以下公式给出：d*sinθ = mλ其中，d是光栅的格距，θ是衍射角度，m是整数，表示衍射的级次，λ是光波的波长。
4.扩展光源的作用为了使衍射条纹更加明显、清晰，实验中一般采用扩展光源的方法，不仅可以提高对比度，减小空间干涉等因素对结果的影响，还可以使得整个光栅区域都能够有光照射，避免产生阴影和动态散斑等现象。
二、实验步骤1.实验器材：光栅、氢灯、狭缝、屏幕等。
2.调整光源：将氢灯放置在与狭缝相距15~20cm的位置，用狭缝筛选出单色光源。
3.调整光路：将单色光经过准直透镜后垂直入射到光栅上，同时加入扩展光源，使得整个光栅区域都得到光照射。
4.观察条纹：将屏幕置于衍射的适当位置，观察衍射条纹，测量其位置及对比度等参数，调整前面的步骤，使得衍射条纹达到最佳状态。
5.绘制波长和强度图：用测得的衍射条纹位置和对比度计算光波的波长，组织数据，绘制波长和强度图。
三、实验注意事项1.实验过程中要注意安全，避免光源伤害眼睛。
2.光栅表面要保持干净，防止灰尘和污垢的影响。
3.光路的调整要耐心，确保光线的准确垂直入射到光栅上。
用衍射光栅测定光波波长ppt课件
3Leabharlann 光栅光谱仪简介利用光栅干涉原理可制成光栅光谱仪，用 于各种物质的光谱分析，通过物质特征光 谱的识别，研究被分析样品中特定物质的 含量。例如：
1.太阳表面物质的构成 2.炼钢时杂质的含量 3.DNA的测定
4
三.仪器的调节
用衍射光栅测定光波波长
1
一.目的
1.了解分光计的构造、原理及其调节方法 2.学会用光栅测量光波波长的方法 3.观察光栅衍射现象
2
二.原理
当波长为λ的平行光垂 直光栅面入射透明与 不透明相间的周期性 结构（光栅）时，由 于透过的光衍射与相 干叠加的结果，在满 足
(a b) sin K,
K 0,1,2,
蓝
d sin蓝 K
？,
E ？ 蓝 0蓝
0蓝
0蓝
求出黄1光波长（0黄=576.96nm)
/ ？, E ？ d sin黄1
黄1
K
0黄1
黄1 0黄1 0 黄1
14
实验示范录像
15
2.偏心差很小，因此，左右游标读数差，应在 180°上下，最多差几分。
3.读数：先读游标“0”点所对的主盘读数，再 加上刻度对齐主盘刻度处的游标盘的读数。
9
分光计测量读数
用准线叉丝对准某条谱线即 可通过分光计两边的游标， 读出该谱线的偏转角度。图 为读汞灯绿光时的情况。 读数： 游标0刻线对准的主尺读加 游标刻线与主尺刻线对齐的 游标刻线的读数,既 读数= A+B=
2.再利用公式
2 1 2 '1' 4
求出该光谱的偏转角。 12
数据记录和处理
【实用】光栅衍射和光波波长的测定PPT资料
4、锁住狭缝锁紧螺丝。
图1
图2
图3
6.测钠黄光的平均波长
Ø调节步骤：
c
平行光管
ab
望远镜
光栅放置要求：入射光垂直照射光栅；光栅刻痕与分光计主轴平 行。
1. 调节光栅平面平行于分光计主轴并垂直于平行光管。
望远镜已调好，千万不要再动；
只调节螺丝a或b，使光栅反回的亮十字与分划板上方十字线 及中央明条纹重合，这时锁紧游标盘止动螺丝和望远镜与刻 度盘联动螺丝（老左新右） 。
2.再利用公式
2 1 2 '1' 4
求出该光谱的偏转角。
实验仪器
用到的实验仪器有：钠光灯、分光计、平面镜及衍射光栅。
望远镜光轴
分光计主轴
注意事项
• 不能用手触摸各光学元件！光栅是精密光学元件， 严禁用手触摸光栅平面，以免损坏。用完后请立即 上交。
• 光学仪器的调节动作要轻，锁紧螺钉也是指锁住即 可，不要用力过大，以免损坏器件。
• 转动载物台，都是指游标盘带动载物台一起转动。 • 如需转动望远镜要拿住望远镜支架转动。切忌握住
用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射 调节光栅平面平行于分光计主轴并垂直于平行光管。
2、松开狭缝套筒锁紧螺丝，调节套筒前后位置，使望远镜视场中能看到清晰的狭缝像（黄色），调节狭缝宽度，使缝宽约为1mm，如
光栅。本实验使用的是透射光栅。 图1。
衍射光栅一般可以分为两类：用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。 用到的实验仪器有：钠光灯、分光计、平面镜及衍射光栅。
Ø调节步骤：
轴
1、取走反射镜，将已调节好的望远镜正对着平行光管，打开钠光灯， 照亮狭缝。
2、松开狭缝套筒锁紧螺丝，调节套筒前后位置，使望远镜视场中能看 到清晰的狭缝像（黄色），调节狭缝宽度，使缝宽约为1mm，如图1。
光栅测定光波波长实验报告
光栅测定光波波长实验报告一、实验目的本实验旨在通过光栅测定光波波长的实验，掌握光栅的原理、构造和使用方法，了解光波的本质和特性，研究不同波长的光在光栅上的衍射现象及其规律，并通过实验数据计算出不同波长的光波的波长值。
二、实验原理1. 光栅原理光栅是一种具有许多平行等间距凹槽或凸棱形成的平面透镜。
当平行入射线照射到光栅上时，会发生衍射现象。
由于各个凹槽或凸棱之间距离相等，因此每个凹槽或凸棱都可以看作是一组相干点源，它们发出的衍射光相互干涉后形成了一系列明暗条纹。
这些条纹被称为衍射谱。
2. 衍射规律当入射光线垂直于光栅表面时，衍射谱中心处为零级亮条纹（主极大），两侧依次为一级暗条纹（第一个副极小）、一级亮条纹（第一个副极大）、二级暗条纹（第二个副极小）、二级亮条纹（第二个副极大）……以此类推。
衍射角度θ与波长λ和光栅常数d之间的关系为：sinθ=nλ/d，其中n为整数，称为衍射级数。
三、实验步骤1. 测量光栅常数d将白光透过准直器使其成为平行光线，调整准直器和透镜位置，使平行光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得白色衍射谱出现在远处的屏幕上。
测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。
移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。
计算出光栅常数d=L2/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。
2. 测定氢气放电管谱线波长将氢气放电管放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得氢气放电管发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的屏幕上。
测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。
移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。
计算出氢气放电管谱线波长λ=sinθd/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。
3. 测定汞灯谱线波长同样将汞灯放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得汞灯发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的屏幕上。
光栅衍射法测定光波长
( k
,
' k
)
。
2、把分光计的望远镜分别对准 k 级的衍
射条纹，测量出 k 级衍射条纹方位对
应的读数(
k
,
' k
)
。
3、不改变光栅的位置，重复测量数据8次。
4、按照下列公式计算衍射角 。
1 4
|
(k
k
)
(k'
' k
)
|
四、计算光波长λ
将测量出来的衍射角Φ 的值，光栅常数d， 衍射级别k的值代入下式： dsinφ=kλ(k=0, ±1, ±2, …) （1） 即可得到被测光线的波长λ 。
实验名称：
光栅衍射法测定光波长
实验目的：
1. 熟悉分光计的调节。 2. 理解光栅衍射现象。 3. 学习用光栅衍射法测定光的波长或光栅常数。
实验原理及背景知识介绍：
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，分为 透射光栅和反射光栅两种。本实验中 用的是平面透射光栅。
三．测定衍射角Φ
三．计算光波长λ
一、 调节分光计
1．粗调 （1）目测粗调使望远镜光轴大致水平，并
粗调平行光管使其与望远镜大致共轴。 （2）调节载物台水平度调节螺丝使载物台
台面大致水平。
一、 调节分光计
2、调节望远镜
（1）目镜调焦 目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能 很清楚地看到目镜中分划板上的刻线 和叉丝。调焦办法：接通仪器电源， 把目镜调焦手轮旋出，然后一边旋进 一边从目镜中观察，直到分划板刻线 成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目 镜中刻线的清晰度将被破坏而未被破 坏时为止（如图3）。
衍射光栅常数与光波长的测量 ppt课件
光栅的分辨本领与谱线的级次和光栅的缝数成正比。当要求在某一级次的谱 线上提高光栅的分辨本领时，必须增大光栅的总缝数。这就是光栅之所以要刻上
上万条甚至几十万条刻痕的原因.
ppt课件
四、实验内容及要求 Ⅰ、调节分光计 平行光管产生平行光（平行光管的狭缝位于其 物镜焦平面上），且光轴与仪器主轴垂直。 望远镜能接受平行光（分划板位于物镜焦平面 上），且光轴与仪器主轴垂直。 载物台平面与仪器主轴垂直。
k k
19°52' 19°49' 18°44' 14°55' k=1 绿光 9°22' 0.16267 0.026462 80°38' 0.986551 0.973282 3.357099 0.001717
k k
19°54' 19°52' 18°45' 14°54'
衍射角
5803.0483 0.0004024 5
①、光栅常数
k2
m d 3.3199 0.0004 m d 3.316 0.002
ppt课件 18
k 1
②、各光波波长
k 2
黄2 5793 2A
0
k 1
黄1 5779 3A
紫 4374 3A
②、用公式dsinψk =± kλ测d和λ时，实验要保证什么条件？如何实现？③、当 狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象，为什么？
（10）教师签字数据!!!
ppt课件 16
[数据处理要求案例]
光栅(1)衍射实验数据处理
Hale Waihona Puke 级次 谱线 黄光2 k=2左游标
ө-k 246°44' 246°46' 247°55' 251°54' 257°4' 257°5'
光栅衍射测波长
注意事项
1. 钠灯关闭后，需完全冷却才能再次开启
2. 拿取光栅底座
3.开始时载物台调平螺丝 旋至最底
4. 平面镜如右图摆放
5、记录数据，并整理仪器
数据记录与处理
亮纹 级数k
左窗口/度
Ln
Ln
右窗口/度
Rn
Rn
n /度
Ln | Ln L0|
(nm) (nm) Rn | Rn R0 |
0 1
------
------ ------ ------
n (Ln Rn ) / 2
-1
2
-2
光栅常数 d=1/300 mm
载物台转动180°
调节平行光管
调节平行光管狭缝与透镜间距离，至看见清晰的狭缝像， 然后调节缝宽使望远视场中的缝宽约为1mm。
纵向调节
调节平行光管的倾斜度，使狭缝中点与“╪”准线的中心交点重合， 缝长适当．调节平行光管水平调节螺丝，使其与望远镜的光轴在 同一水平面内，并与分光计中心轴垂直。
旋转狭缝水平
公认值 =589.3nm
E
%
k 2
k 1 k 0 k 1 k 2
分光计读数
10
1
30
68
最终读数：68 10 6810
分光计调节
调节望远镜
第一步： 转动目镜,看清矩形窗中 的向调节
目镜定位螺丝 平面镜置于末端
黄绿色十字像
第二步： 自准直法对无穷远聚焦
平面镜
调节望远镜光轴与平台中心转轴垂直
望远镜光轴与仪器主轴垂直的判 断依据是：
由反射镜两个面反射的十字像在 上面的水平叉丝上 否则，用二分之一调节法调节， 具体调节方法如下：
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绿谱线 右（+1 左（-1
级） 级）
次数 n
1 4( )
1
2
3
光栅常 d
数
d k s in
表41-2 根据已测定的光栅常数 d，测定其他 各条谱线波长 d ____
读数 谱线
右（+1级）
左（-1级）
衍射角
d sin
k
蓝
黄1
黄2
计算光波波长
d sink
k
误差计算： （ a b s i） n a b c o s
和波长 的值代入公式（41-1）中，计算出 光栅常数。若 d160c0m (1030c0m )，0求其百分误 差。
5.汞光谱还有蓝、黄（两条）亮谱线，分别测出 它们的一级衍射角，用已测得的光栅常数，求 它们的谱线波长，按误差传递公式计算波长的 标准误差。
表41-1
光栅常数的测量 5 4 6 .0 7 m m
(ab)sin kk
dsink k k0， 1， 2 （41-1）
式中，dab称为光栅常数；为入射光的波长，
为明k条纹（称为谱线）的级数； 是 级k 明k条纹的
衍射角。
【实验内容】
1.点燃汞灯，调整整体分光计。 2.安放调节光栅，如图41－3所示：
3.转动望远镜，一般可以看见一级和二级光谱线， 注意观察叉丝的交点是否在各条谱线的中央位 置，如果有高低变化，可对图41-3中的螺丝 （ B 3不B要1B再2 动）予以校正。也可以调望远镜 和平行光管上的高低调节螺钉。
4.用望远镜对准汞光谱中的明亮绿谱线（绿谱线 的波长为546.07 mm ），分别记录左右一级两 个角度位置。当测右侧谱线时，分光计左右的 两窗口读数分别为 和 ；当测左侧谱线时， 两窗口读数分别为 和 则由分光计原理知：
2 或 2
为了消除偏心差，得到
1 4( )
重复测量 值3次以上，把所得 值的平均值
实验41 用衍射光栅测光波波长
【实验目的】
1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射的基 本规律。
2.学会测定光栅常数以及原子光谱的波长。 3.进一步熟悉分光计的调节与使用。
【实验仪器】 分光计，全息透射光栅，平行光管，低压汞灯。 【实验原理】 如图41－1所示：
在图41-2中可以看到，衍射光谱中明条纹的 位置应出现在振动加强点，其光程差应为波长 的整数倍，即：
k
Hale Waihona Puke k（ abd ）【注意事项】
1.分光计各部分调节螺丝比较多，在不清楚这 些螺丝的作用与用法之前，不要乱旋硬扳，以 免损坏仪器。
2.请勿用手触摸光栅表面，移动光栅时，拿其 金属基座。
3.肉眼不要长时间直视汞灯，以免被紫外线灼 伤眼睛。
【思考题】
1.通过分光计的调节，掌握了哪几种光学 仪器的调节方法？
2.用光栅测光波波长，对分光计有什么要 求？