试验十四用电桥测量电阻.DOC

衍射光栅 光栅通常用于研究复色光谱的组成，进行光谱分析，还可以通过光栅获得特定波长的单色光.所以，光栅是一种重要的分光元件.了解光栅的结构和工作特性，对使用和开发光学器件有着重要的意义. 光栅是由一组数目很多、紧密周期排列的平行狭缝（或刻痕）组成一种分光元件，它能产生谱线间距较宽的均匀排列光谱.所产生的光谱线亮度比用棱镜分光更细更亮，光栅的分辨本领比棱镜大.光栅不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波.它不仅用于光谱学，还广泛用于计量、光通信、信息处理等方面. 光栅按其结构分类，可分为平面光栅，阶梯光栅和凹面光栅等；按衍射条件分类，可分为透射光栅和反射光栅.过去制作光栅都是在精密的刻线机上用金刚钻在玻璃表面刻出许多平行等距刻痕做成原刻光栅.实验室中通常使用的光栅是由原刻光栅复制而成的.六十年代以来，随着激光技术的发展又制作了“全息光栅”.目前实验室中使用的两者均有.本实验中使用的是“全息光栅”. 【预习要求】 进一步熟悉分光计的调整方法和使用方法. 理解光栅的分光机理和本实验的原理.掌握本实验的实验内容和步骤. 【实验目的】 1. 进一步熟悉分光计的调节和使用. 2. 观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射的基本规律. 3. 学会测定光栅常数和未知光的波长. 【实验仪器】 分光计，汞灯，光栅 【实验原理】 根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的平行光束投射到光栅平面时，光波将在各个狭缝处发生衍射，经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉，这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的.若在光栅后面放置一个会聚透镜，则在各个方向上的衍射光经过会聚透镜后都汇聚在它的焦平面上，得到衍射光的干涉条纹.根据光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定： 或 （k=1，2，3，…） （1） 式中称为光栅常数，为透光的狭缝宽度，为不透光的狭缝宽度，为入射光的波长，k为明条纹的级数，是k级明条纹的衍射角. 如果入射光不是单色光，则由式（1）可以看出，在中央明条纹处（k=0、=0），各单色光的中央明条纹重叠在一起.除零级条纹外，对于其他的同级谱线，因各单色光的波长不同，其衍射角也各不相同，于是入射的复色光将被分解为单色光.因此，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的单色谱线，称为光栅的衍射光谱.相同k值谱线组成的光谱称为k级光谱. 如果已知光栅常数d，用分光计测出K级光谱中某一条纹的衍射角，按（1）式即可算出该条纹所对应的单色光的波长；如果已知某单色光的波长为，用分光计测出k级光谱中该色条纹的衍射角，即可算出光栅常数d. 本实验中由分光计的平行光管形成的平行光线垂直投射到载物台上的平面光栅上，由光栅透射分光，经分光计的望远镜物镜会聚后相互干涉，在物镜的焦平面上形成明暗相间的干涉条纹. 【实验内容】 一、调整分光计 为满足平行光入射的条件及衍射角的准确测量，分光计的调整必须满足下述要求：平行光管发出平行光，望远镜适合于观察平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计的主轴（详细的调整方法参见分光计的调整与使用实验）. 二、调节光栅 1．光栅平面与平行光管的光轴垂直 光栅平面与分光计主轴平行，与平行光管的光轴垂直：先调节好分光计，如图3，在载物台上放好光栅，为调节方便，放置光栅时应使光栅平面垂直于载物平台的两个水平调节螺钉的连线. 自准直调节：利用望远镜中的小灯照射光栅平面，光栅平面反射回到望远镜中，通过细调分光计载物台的调平螺丝，使十字反射像定位于视场中上水平线上，此时即可认为光栅平面已与分光计主轴平行.式（1）成立的条件是平行光垂直入射于光栅平面，为了获得满意的实验结果，应该仔细调节光栅的位置.调节方法是：先将望远镜的叉丝对准零级谱线的中心，从刻度盘读出入射光的方位，再测出在零级谱线两侧的一对相同级次的同色谱线的方位，分别算出它们与入射光的夹角，如果二者之差不超过2分，就可以认为光线是垂直入射了.如果二者之差大于此值，可通过微调转动载物台来进行调整. 2．光栅刻线与分光计主轴平行 如果光栅刻线与分光计主轴不平行，在望远镜中将会发现衍射光谱线的分布是倾斜的，并且倾斜方向垂直于光栅刻痕的方向，但谱线本身仍平行于狭缝.这显然会影响的测量.此时可以通过调整载物平台的调整螺丝，使光谱线与分光计望远镜中竖直的刻度线平行，即光栅刻痕平行于分光计主轴. 3．实验前，由式（1）求出d和的不确定度公式.为了减少测量误差，应根据观察到的各级谱线的强弱及不确定度公式来决定测量第几级的较为合理.一般是测绿光（）. 4．测定求 光线垂直入射时，对于同一波长的光，在中央亮条纹左右两侧的同级谱线的衍射角应是相等的.测量时应注意消除刻度圆盘的偏心差.测出绿光的+1和-1光谱线的位置，两位置的一半为，代入（1）式