光栅的衍射解析

分划板
十字叉丝
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• 调节望远镜的具体步骤：
a、粗调：目测 望远镜和载物台基本水平。
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b、点亮分光计的发光二极管，旋转目镜调 焦调节手轮，使分划板的叉丝清晰。
分划板焦 距调节
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c、双面平面镜的放置：
a
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d、从望远镜视野中找到经反射后的绿色“十”字叉 丝的像，调节望远镜中的叉丝套筒，消除视差； 使双面平面镜旋转180°前后在望远镜中都能清晰 地看到像。此时，望远镜已聚焦至无穷远。
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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：
d sin k， k (0，1， 2,......)
式中d是光栅常数，为k级谱线的衍射角，
为单色光波长，k是亮条纹级次。此式称为光栅方 程，它是研究光栅衍射的重要公式。
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本实验中可明显观察到的汞灯谱线
k =2
k =1
k =0
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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 意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。
3、汞灯在使用时不要频繁启闭，否则会降低其寿 命。
4、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。
测出k＝±2级绿光谱线对应的读数。
根据公式求出光栅常数d的大小。 5、谱线波长的测量： 测出k＝±1级两条相邻的黄光谱线对应的 读数，求出。 2＝579.0 nm
k =2
k =1
k =0
k =-1
k=-2
黄2
黄2
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分光计的读数
分光计的读数与游标卡尺的读数类似，如上图， 游标的零刻度线对准的刻度盘读数为116o15。
分划板
调节好的标志：在望远镜中 清晰的中央明纹、十字叉丝 狭缝像 与分划板的竖直线重合，且 所观察到的衍射谱线等高。
十字叉丝
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• 调节光栅的具体步骤：
a、光栅的放置方法：
光栅
b、先粗调光栅面与分光 计主轴相平行。转动载物台，使得望远镜 视野中能够看到清晰的十字叉丝像。
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c、调节载物台与光栅面相垂直的b或c调节螺丝， 使望远镜视野中的绿色十字叉丝像与分划板的上 方叉丝重合。
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光栅调节好的标志：需老师检查
分划板 狭缝像
十字叉丝
仪器调节时间到4：30
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检查要点
1、狭缝是否被中央水平线平分； 保证平行光管光轴与望远镜光轴同轴。
2、绿色十字叉丝像和最上方叉丝重合； 保证平行光垂直入射光栅。
3、左右转动望远镜时所有谱线等高； 保证光栅上狭缝和分光计转轴平行。
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4、光栅常数的测量：
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c、调节平行光管俯仰螺丝，使狭缝像被分 划板中央水平叉丝线平分。
平行光管高度 调节螺钉
狭缝像
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d、调节望远镜位置，使 狭缝像与分划板竖直叉 丝线重合。此时，可以 将望远镜的紧固螺丝锁 住，确保望远镜与平行 光管的光轴共轴。
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平行光管调节好的标志：
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实验步骤
3、调节光栅：
目的：使光栅面⊥平行光管的光轴； 且与分光计主轴平行。
光栅的衍射
福州大学物理实验教学中心
1
实验目的
1、了解光的衍射现象以及光栅分光的原理。 2、测定光栅常数d的大小。 3、测定光波的波长大小。
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实验原理
等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件。
L
P
Q
o
f
光栅
3
a
b
ab
光栅常数d=a+b
a ：透光部分的宽度 b：不透光部分的宽度
光栅常数 d 的数量级约为： 105 ~ 106 m
望远镜焦距紧固螺钉
十字叉丝 12
e、采用“各半调节法”，调节载物台螺丝b或c和望远 镜的俯仰调节螺丝，使得绿色十字叉丝像与分划板的 上方叉丝重合。而且，旋转载物台180°之后也能够完 全重合。此时，望远镜光轴与分光计转轴相互垂直。
调 节 螺 丝
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望远镜调节好的标志：
分划板
十字叉丝
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实验步骤
2、调节平行光管：
目的：使平行光管的光轴⊥分光计主轴； 并且与望远镜光轴共轴。
调节好的标志：在望远镜 中清晰的狭缝像位于分划 板中央，且狭缝像被分划 板中央水平线所平分。
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• 调节平行光管的具体步骤：
a、点亮汞灯； b、前后移动套筒，使狭缝的像最清晰；转 动套筒，使狭缝的像与分划板竖丝平行；
平行光管焦距紧固螺钉
k =-1
k=-2
波长（nm） 404.7 435.8 546.1 577.0 579.0
颜色
紫
蓝
绿 黄1 黄2
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实验仪器
载物平台
汞灯
平行光管 刻度盘
游标盘
望远镜
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实验步骤
1、调节望远镜：
目的：使分光计主轴⊥望远镜光轴；
调节好的标志：双面平面 镜旋转180°前后在望远 镜中都能清晰地看到绿色 十字叉丝与分划板上方叉 丝相重合。
注意：只需光栅的一个 分划板
面与望远镜光轴垂直；
狭缝像
d、望远镜视野当中的中央 明纹、分划板竖线、十字
叉丝像竖线三者重合，如
右图所示。
十字叉丝
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e、锁定载物台转动螺丝，松开望远镜紧固螺丝； 转动望远镜观察衍射谱线。若各个谱线的高度不 一致，则调节载物台的a螺丝使得谱线等高，可以 观察到的谱线如下图所示。
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