物理实验—汞光谱波长的测量

光栅最小偏向角法测量汞灯谱线波长的理论和实验验证

光栅最小偏向角法测量汞灯谱线波长的理论和实验验证器材：木头步骤：第一种：将木头放入水中，测量水面上升的幅度，或者放入满满的量筒中，测量溢出的水的体积，可以间接得到木头浸入水中的部分的体积。

然后将木头沿水平面研磨，挑下，用天平测量水下部分的质量。

通过公式计算其密度。

然后总体测量整块物体的质量通过v＝m/p排序得出结论全部体积。

第二种：挑一量杯，水面与杯面宁堡，想要办法将木头全部灌入水中（例如用细针将其引走水中），秤外溢水的体积即可。

第三种：如果容器就是个圆柱形，把里面摆满水，然后把物体放进水中，在把物体抽出。

容器中空的部分就是这个物体的体积。

圆柱的面积＝底面积×高如果物体不下陷，就把物体上挂一个铁块放进水中，测到铁块和物体的体积，然后再测到铁块的体积，接着用它们的总体积乘以铁块的体积就得出结论物体的体积．现象：包括在步骤里面了。

结论：得出结论木头的体积。

实验名称探究凸透镜的光学特点实验目的探究凸透镜成压缩和增大虚像的条件实验器材标明焦距的凸透镜、光屏、蜡烛、火柴、粉笔实验原理实验步骤1．明确提出问题：凸透镜成缩小实像需要什么条件？2．悖论与假设：（1）凸透镜成缩小实像时，物距u_______2f。

（“大于”、“小于”或“等于”）（2）凸透镜成压缩虚像时，物距u_______2f。

（“大于”、“大于”或“等同于”）3．设计并进行实验：（1）检查器材，介绍凸透镜焦距，并记录。

（2）安装光具座，调节凸透镜、光屏、蜡烛高度一致。

（3）找到2倍焦距点，移动物体至2倍焦距以外某处，再移动光屏直至屏幕上为后空翻增大的准确虚像的年才，记下此时对应的物距。

（4）找出2倍焦距点，移动物体到2倍焦距以内某处，再移动光屏直到屏幕上成倒立放大的清晰实像的为止，记下此时对应的物距。

（5）整理器材。

质量m＝密度p×体积v将物体放进水中，测量水面下降的幅度，或者放进满满的量筒中，测量外溢的水的体积，可以间接获得物体灌入水中的部分的体积然后将物体沿水平面切割，取下，用天平测量水下部分的质量。

《大学物理实验》教案实验22衍射光栅

实验 22 衍射光栅一、实验目的：1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。

2.进一步熟悉分光计的调节和使用。

3. 测定光栅常数和汞原子光谱部分特征波长。

二、实验仪器：分光计、光栅、汞灯。

三、实验原理及过程简述：1.衍射光栅、光栅常数光栅是由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成。

其示意图如图 1 所示。

图1图2光栅上若刻痕宽度为 a，刻痕间距为 b，则 d＝a 十 b 称为光栅常数，它是光栅基本参数之一。

2.光栅方程、光栅光谱根据夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行单色光垂直入射到光栅平面上时，光波将发生衍射，凡衍射角满足光栅方程：， k 0 ，± 1 ，± 2... （1）时，光会加强。

式中λ为单色光波长， k 是明条纹级数。

衍射后的光波经透镜会聚后，在焦平面上将形成分隔得较远的一系列对称分布的明条纹，如图 2 所示。

如果人射光波中包含有几种不同波长的复色光，则经光栅衍射后，不同波长光的同一级（ k ）明条纹将按一定次序排列，形成彩色谱线，称为该入射光源的衍射光谱。

图 3 是普 0通低压汞灯的第一级衍射光谱。

它每一级光谱中有四条特征谱线：紫色λ14358 A ；绿色λ 0 0 025461 A ；黄色两条λ3＝5770 A 和λ45791 A 。

3.光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量由方程（1）可知，若光垂直入射到光栅上，而第一级光谱中波长λ1 已知，则测出它相应的衍射角为 1 ，就可算出光栅常数 d；反之，若光栅常数已知，则可由式（1）测出光源发射的各特征谱线的波长 i 。

角的测量可由分光计进行。

4．实验内容与步骤a.分光计调整与汞灯衍射光谱观察（1）调整好分光计。

（2）将光栅按图 4 所示位置放于载物台上。

通过调平螺丝 a 1 或 a 3 使光栅平面与平行光管光轴垂直。

然后放开望远镜制动螺丝，转动望远镜观察汞灯衍射光谱，中央（ K 0 ）零级为白色，望远镜转至左、右两边时，均可看到分立的四条彩色谱线。

光栅简要操作步骤

2 2
1 T1 T1 T1/ T/1 4

绿绿 cos绿 d , ud u * 2 sin 绿 sin 绿 180* 60
绿
实验完成后
• 数据签字，签到板签字。 • 将棱镜放入盒中。关闭小灯。 • 桌面垃圾带走，凳子靠桌摆好
衍射光栅
——汞光谱波长测量
华东理工大学物理实验中心
实验注意事项
1.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。
2. 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。
二、实验原理
1.衍射光栅和光栅方程
衍射光栅:
光栅是具有空间周期性结构的用于分光的光学元件。光栅分为透射光栅和反射光栅，若从形状上可分为平面光栅和凹面光栅，按制作方法又可分为原制光栅、复制光栅和全息光栅。平面透射光栅是由大量等宽、等距、排列紧密的平行狭缝构成。
光栅常数:
设平面透射光栅的缝宽为a，相邻两缝间不透光部分的宽度为b，d = a + b称为
光栅常数。
d

A
D
光栅方程：
C
d (sin k sin ) k
0
时，有：
d sin k k
B
光栅

透镜
k 称为主极大级数
入射光线和衍射光线在同侧取正，异侧取负
P
P0
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色光谱。
光栅
绿一级明条纹 K= -1 中央明条纹 K=0
黄
黄绿
测量量
d sin k
k 1, d

sin
,已知波长，求出 d

定标曲线法测定汞灯光谱的波长

科技信息
高校理科研究
定标曲线法测定汞灯光谱昀波长
南京邮电大学通达学院张海燕陈波南京邮电大学理学院葛智勇王兴福
［要］摘本文介绍了如何利用柯西正常色散关系拟合定标曲线的方法，而根据定标曲线测定汞灯谱线的波长。进通过拟合曲线的处理方法，了提高数据处理的科学性和严谨性，同时能培养学生科学研究的习惯，有助于学生理解原子光谱实验中的实验现象。［关键词］定标曲线柯西正常色散关系原子光谱
为了说明具体的数据处理方法，我们测量了一组数据，中氦灯谱其
。（ｉｎ）
线数据如表１所示。中各谱线的折射率根据公式ｎ ——— 其＝得出，Ａ为等边三棱镜的顶角，实验过程中取为６。０。
表１氦灯谱线的波长、最小偏向角即相应折射率
ｓＩＡ ’ ｎ
计算
紫５结束语．
５。８７３ ’
１ｌ０．１７
４６１３．
本文介绍了如何利用柯西色散关系拟合定标曲线的方法测定汞灯谱线的波长。通过这种拟合方法的引入彳好的消除了通常原子光谱实臣
谱线颜色
红
波长ｈｍ／ｎ
６７８６．２
最小偏向８一
基于此原理，我们可以选择一种标准谱线拟合出三棱镜所符合的柯西色散关系１则我们实验所需测量的汞灯谱线的波长与折射率也满４］，足该关系，从而可以得到汞灯谱线的波长。
３实验条件
＇７ｍ）１，１７（
图１氦灯定标曲线
表２氦灯谱线的波长、最小偏向角即相应折射率谱线颜色

光栅的色散本领研究—用汞灯光谱中的两条黄线测量光栅角色散率

姓名：朱金宝班级：1720702 学号：201720070205实验四：光栅的色散本领研究—用汞灯光谱中的两条黄线测量光栅角色散率一、实验目的1．了解分光计的结构，学会正确的调整方法；2．加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解；3．学会用透射光栅测定光波波长、角色散率。

二、实验仪器分光计、透射光栅、汞灯。

三、实验原理1.光栅衍射及光波波长的测定根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色光垂直入射至光栅上，满足光栅方程λθk d =s i n（ ,3,2,1,0=k ）（4-1）时，θ方向的光加强，其余方向的光几乎完全抵消。

式中d 为光栅常数，θ为衍射角。

若已知λ，则可求d ；若已知d ，则可求λ。

2.光栅的角色散率光栅在θ方向的角色散率为θλθsin d k D =∆∆= （4-2）测出d 及θ，可求出该方向的角色散率D 。

四、实验内容（一）仪器调节：分光计的调节。

载物台调水平后，使光栅平面与入射光垂直。

1.调整分光计调好的分光计应使望远镜调焦在无穷远，平行光管射出平行光，望远镜与平行光管共轴并与分光计转轴垂直.平行光管的狭缝宽度调至0．3mm左右，并使狭缝与望远镜里分划板的中央竖线平行而且两者中心重合.要注意消除望远镜的视差.调好后固定望远镜和平行光管的有关螺旋。

2.放置光栅（1）将放在光栅座上的光栅按图26―3所示的位置放在分光计的载物台上，并小心地用载物台上的压片将光栅片位置固定.先目测使光栅面与平行光管轴线大致垂直，然后用自准法调节.注意：望远镜和平行光管都已调好不能再调，只调节载物台下方的两个螺钉G1、G3，使得从光栅面反射回来的绿色十字在视场中上水平线上，然后固定载物台。

（2）轻轻转动望远镜支臂以转动望远镜，观察中央明条纹两侧的衍射光谱是否在同一水平面内.如果观察到光谱线有高低变化，说明狭缝与光栅刻痕不平行.此时可调节图26―3所示的载物台螺钉G2,直到各级谱线基本上在同一水平面内为止。

《大学物理实验》实验十九用透射光栅测光波波长及角色散率

（2）测光波波长转动望远镜，观测紫光的第一级谱线，测出其对应的角位置，利用已测出的光栅常数d ，就可算出紫光的波长。重复二次，取平均值，并与公认值比较，计算其测量误差。（3）测角色散率
利用上面的方法，在 k = ±1 时测出汞灯的两条黄线λ1及λ2的衍射角θ i ，代入（1）式算出λ1及λ2，再由（2）式求出光栅的角色散率D。
四、实验内容和步骤
1、分光计的调节
分光计的调节步骤是：(1)调节望远镜聚焦于无穷远处；(2)
使望远镜光轴垂直于分光计转轴；(3) 平行光管产生平行光且光
轴垂直于分光计转轴。具体的调节方法参阅分光计的调节和使
用。
2、光栅的调节
（1）调节光栅平面使之平行于仪器转轴并垂直于平行光管光轴
先将望远镜叉丝对准平行光管狭缝，并固定望远镜。按图
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实验十九用透射光栅测光波波长及角色散率
衍射光栅是一种分光元件，由于其基质材料不同而有透射光栅和反射光栅两类。它们都相当于一组数目很多，排列紧密，均匀的平行狭缝，透射光栅是用金刚石在一块平面玻璃上刻划而成的。反射光栅则是刻划在精研过的硬质金属面上，用这种方法刻制的光栅，由于要求非常精密，因而制造困难，所以价格非常昂贵，而平常所用的光栅大都是复制品。如今由于单色性好的激光的出现，应用其干涉原理制成了全息光栅，制造容易，价格便宜，从而使得光栅摄谱仪在现代技术上有极其广泛的应用，光栅实验也得以普及。本实验用的光栅是一块透射光栅。
便可求出光栅常数 d 。 2. 光栅的角色散率
如果光源中包含几种成份的光波，根据衍射方程，在同一级谱线(除零级外)中，不同
波长的光波就有不同的衍射角θ ，从而在同一级谱线中形成多条单色谱线，如图 2 所示。对于第 k 级谱线，设相邻两单色谱线对应的波长差为 Δλ ，衍射角之差为 Δθ ，定义该光栅在θ 方向的角色散率Ｄ为

光栅衍射实验

D

对光栅方程微分可有
k D d cos
由上式可知，光栅光谱具有如下特点：光栅常数d越小，色散率越大；高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率；衍射角很小时，色散率D可看成常数，此时，与成正比，故光栅光谱称为匀排光谱。
由光栅方程可以看出，如果入射光为复色光，k=0时，
有： 0 0 ，不同波长的零级亮纹重叠在一起，则零级条纹仍为复色光。当k为其它值时，不同波长的同级亮纹因有不同的衍射角而相互分开，即有不同的位置。因此，在透镜焦平面上将出现按短波向长波的次序自中央零级向两侧依次分开排列的彩色谱线。这种由光栅分光产生的光谱称为光栅光谱。
下图是汞灯光波射入光栅时所得的光谱示意图。中央亮线是零级主极大。在它的左右两侧各分布着K=±1 的可见光四色六波长的衍射谱线，称为第一级的光栅光谱。向外侧还有第二级，第三级谱线。由此可见，光栅具有将入射光分成按波长排列的光谱的功能。
光栅在载物台上的位置S1， S2，S3为水平调节螺钉

测量汞灯K=±1级时各条谱线的衍射角
调节狭缝宽度适中，使衍射光谱中两条紧靠的黄谱线能分开。先将望远镜转至右侧，测量K=+1级各谱线的位置， A 1 , 记录。然后将望远镜转至 B1 从左右两侧游标读数左侧，测出K=-1级各谱线的位置，读数分别计 A 1 , B 1 。同一游标的读数相减：为

当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭缝的光都产生有衍射，而通过光栅不同狭缝的光还要发生干涉，因此光栅的衍射条纹实质应是衍射和干涉的总效果。设光栅的刻痕宽度为a，透明狭缝宽度为b，相邻两缝间的距离d=a+b，称为光栅常数，它是光栅的重要参数之一。单色平行光束垂直照射光栅，按照光栅衍射原理，衍射光栅中明条纹的位置为：

光谱测量

图1原子自发辐射发射光子光谱仪和光谱的观察光谱是光源所发射的辐射强度随波长（频率）的分布，它反映了光源的构成物质和其它的一些特性。

我们今天所掌握的有关原子和分子结构方面的知识绝大部分都来自光谱的研究。

在电磁辐射和物质相互作用时能观察到吸收或发射光谱，它们从多方面提供了原子和分子结构和它们与周围环境相互作用的信息。

因此，光谱的观察在科学研究和生产生活中有着十分重要的意义。

【实验目的】1．掌握光栅光谱仪的工作原理和使用方法，学习识谱和谱线测量等基本技术。

2．通过光谱测量了解一些常用光源的光谱特性。

3．通过所测得的氢（氘）原子光谱在可见和近紫外区的波长验证巴尔莫公式并准确测出氢（氘）的里德堡常数。

4．*测出氢、氘同位素位移，求出质子与电子的质量比。

【原理】1．典型光源光谱发光原理（1）热辐射光源(白炽灯)这一类光源特点是物体在发射辐射过程中不改变内能，只要通过加热来维持它的温度，辐射就可继续不断地进行下去．这类光源包括我们常用的白炽灯、卤素灯、钨带灯和直流碳弧灯等一些常用光源。

它们光谱是覆盖了很大波长范围连续光谱，谱线的中心频率和形状与物体温度有关，而与物质特性无关，温度越高，辐射的频率也越高。

（2）发光二极管通过n 型半导体的电子和p 型半导体在结间的偶合发出光子，发光频率与电子跃迁能级有关。

如果，跃迁的上能级为E 2、下能级为E 1，则发出光子的频率v 满足其中h =6.626⨯10-34Js 为普朗克常数，发光二极管跃迁的上下能级都是范围较宽的能带结构，因此，其谱线宽度一般也较宽。

分子和晶体也有这种带状的能级结构，谱线也有一定的宽度。

（3）光谱灯光谱灯工作物质一般为气体或金属蒸汽，通过12E E hv -=电激发的形式，使低能态的原子激发到较高的能级（图1），处于高能级的原子是不稳定的，会以自发辐射的形式会到低能级，辐射的光子也满足E 2和E 1分别是原子自发辐射跃迁的上下能级，v 为辐射的光子频率。

大学物理实验---单色仪的定标和光谱测量

G
M2 M1
S2 PMT
S1：入射狭缝 G：闪耀光栅 S2：出射狭缝 M2：反光镜 M1：离轴抛物镜 PMT：光电倍增管
如下图所视，当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为φ（见图）时，光栅的闪耀角为θ 。取一级衍射项时，对于入射角为φ，而衍射角为θ时，光栅方程式为： d(sinφ＋sinθ)= λ
��2 =
|497.812−497.78| 497.78 498.2
2、498.250 =0.006% =0.01%
|498.250−498.2|
2、
低压汞灯光谱测量
页 5
BY 王有识
实验报告
Figure 5 低压汞灯黄光强
峰值数据：1、576.925 与标准值之间误差：��1 =
λf
D；
= a= W0 0.86 a = n
Hale Waihona Puke λfD 时最佳（D 为光栅的宽度， f 为等效会聚透
镜的焦距） 3、
单色仪的理论分辨本领如何计算？实际分辨本领如何测量和计算？
答：理论分辨本领 R 的 R = λ = mN 计算： dλ m=1，为光栅的总线条数。 N
m 为干涉级次，
实际分辨本领的测量和计算，原理和操作如下：
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BY 王有识
实验报告
LED 灯能让很小的通过电流几乎全部转化成可见光。 LED 灯具有以下优点：一、高光效 LED 光效达 50～200 流明/瓦，光谱窄，单色性好，
几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。二、高节能具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个 10～
12 瓦的 LED 光源发出的光能与一个 35～150 瓦的白炽灯发出的光能相当。同样照明效果 LED 比传统光源节能 80%～90%。三、光色多可以选择白色或彩色光，红色、黄色、蓝色、绿色、

物理知识点波长和频率的实验测量

物理知识点波长和频率的实验测量波长和频率是物理学中与光和声波相关的重要参数。

通过实验测量的方式，我们可以准确地获得波长和频率的数值，为进一步研究和应用提供准确的数据支持。

本文将介绍波长和频率的实验测量方法以及实验中需要注意的事项。

一、实验仪器和材料在进行波长和频率的实验测量之前，需要准备以下仪器和材料：1. 光源：可使用激光器或者白炽灯等光源，确保光源能够产生稳定的光波。

2. 半透射板：可使用玻璃片或者其他材料制作的半透射板，用于将光分成两个衍射光束。

3. 衍射屏：可使用滤光片或者其他能够产生衍射现象的材料制作的屏幕，用于观察衍射光斑。

4. 尺子：用于测量波长和距离等物理量。

二、波长的实验测量方法波长的实验测量方法主要基于光的干涉和衍射现象。

以下是一种常用的实验方法：1. 将光源放置在一定的距离上，使其产生平行光。

2. 将半透射板放置在光源和衍射屏之间，使光通过半透射板后分成两束光。

3. 调节半透射板的角度和位置，使得两束光在衍射屏上相交，产生干涉和衍射现象。

4. 观察衍射屏上的干涉条纹或者衍射光斑，并测量相邻两个条纹或者光斑之间的距离。

5. 根据测量结果和实验条件，使用相应的公式计算出波长的数值。

实验中需要注意的事项：1. 光源的稳定性：光源的稳定性对实验结果影响较大，需要确保光源的稳定性，并保持实验环境的光线稳定。

2. 实验装置的调整：需要仔细调整半透射板的位置和角度，确保两束光在衍射屏上相交，并形成清晰的干涉纹或者衍射光斑。

3. 测量的准确性：在测量相邻两个干涉条纹或者衍射光斑之间的距离时，需要使用精确的尺子或者测量工具，保证测量的准确性。

三、频率的实验测量方法频率是波的一个基本特性，可以通过测量波的周期来获得。