LOGO物理实验衍射光栅验证光栅方程Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望实验目的实验目的 1. 理解光栅衍射原理与特点。2. 理解掌握分光仪及光栅调节要求和方法。3. 认识光栅光谱的分布规律，能正确判别 衍射光谱的级次。4. 能正确测量衍射角，并能验证光栅方程。实验仪器实验仪器衍射光栅、分光仪、平面镜、汞灯 实验原理实验原理是一种很有用的光谱分析元件，是一种很有用的光谱分析元件， 光栅有不同的种类，如透射光栅、平面反光栅有不同的种类，如透射光栅、平面反射光栅、凹光栅及全息光栅等。射光栅、凹光栅及全息光栅等。 衍射光栅衍射光栅 (grating) 是由大量是由大量等宽度等宽度、等距离等距离 的平行狭缝的平行狭缝构成构成的光学元件。的光学元件。最典型的最典型的透射透射光栅光栅，是在玻璃片上刻划出一是在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕，系列平行等距的划痕，刻过的地方不透光，未刻过的地方不透光，未刻的地方透光。刻的地方透光。透射式透射式反射式反射式 光盘的凹槽形成一个反射光栅，在白光下能观光盘的凹槽形成一个反射光栅，在白光下能观察到入射光被分离成彩色光谱。察到入射光被分离成彩色光谱。 蝴蝶身上层叠的细微鳞片、鸟羽细密的羽管都蝴蝶身上层叠的细微鳞片、鸟羽细密的羽管都形成了天然的反射光栅。形成了天然的反射光栅。生活中常见的光栅衍射现象生活中常见的光栅衍射现象光栅常数光栅常数:（数量级为（数量级为 10-5 10-6 m）光栅常数与光栅单位长度光栅常数与光栅单位长度的刻痕数的刻痕数 N 的关系：的关系：光栅常数光栅常数例如，玻璃片上例如，玻璃片上cm宽刻有宽刻有3000条刻痕，光栅常数为：条刻痕，光栅常数为：出现亮纹的条件出现亮纹的条件K=0，1 , 2 , 3 ,. 任意任意相邻两束光的光程相邻两束光的光程差为差为 (a+b)sin ，如果，如果 满足：满足：(a+b)sin abPO 平行光垂直入射到光栅，平行光垂直入射到光栅，产生衍射现象。产生衍射现象。则在该衍射角方向形成亮纹则在该衍射角方向形成亮纹光栅方程光栅方程K=0， 则则 =0，所有波长都能满足光栅方程，在该，所有波长都能满足光栅方程，在该衍射角方向出现光源含有的所有颜色光的亮条纹，衍射角方向出现光源含有的所有颜色光的亮条纹，中央零级条纹，此处无分光作用中央零级条纹，此处无分光作用K一定，且不为零，波长一定，且不为零，波长不同，则衍射角不同，则衍射角 不同，不同，即不同颜色的光在不同位置出现亮条纹，即光栅可即不同颜色的光在不同位置出现亮条纹，即光栅可以起分光作用，以起分光作用， K级亮条纹级亮条纹复色光复色光（白光）（白光）不同波长的单色光分离开不同波长的单色光分离开不同波长的单色光分离开不同波长的单色光分离开本实验的测量内容本实验的测量内容1. 1. 利用分光仪测量出汞灯利用分光仪测量出汞灯零级光谱的角位置零级光谱的角位置2. 2. 利用分光仪测量出汞灯利用分光仪测量出汞灯K=K=1,2,1,2,3 3级光级光 谱中绿光（谱中绿光（= 0.54607 = 0.54607 m m）的角位置）的角位置3. 3. 计算出汞灯计算出汞灯K=K=1,2,1,2,3 3级级光谱中绿光的光谱中绿光的 衍射角衍射角 的的大小大小4. 4. 令令 sinsin 为为 y y，K K 为为 x x，作最小二乘法拟，作最小二乘法拟 合处理，验证光栅方程合处理，验证光栅方程分光仪调整达到：达到：望远镜望远镜能接收平行能接收平行光，光，平行光管平行光管能出射平能出射平行光，行光，而且都与分光仪主而且都与分光仪主轴严格垂直。轴严格垂直。望远镜望远镜聚焦聚焦于无穷远处于无穷远处相互相互垂直垂直平行平行光管光管光栅调整acb光栅光栅光光 栅放置栅放置两者两者正交正交光光 栅栅测量零级光谱（白光）的角位置测量零级光谱（白光）的角位置A A窗读数窗读数B B窗读数窗读数A A窗读数窗读数B B窗读数窗读数测量测量K=K=1,2,1,2,3 3级光谱中绿光的角位置级光谱中绿光的角位置所以读数为所以读数为读数示例读数示例仪器条件记录仪器条件记录仪器仪器型号型号分度值分度值读数误差读数误差分光仪分光仪JJYJJY111111令令 sinsin 为为 y y，K K 为为 x x，作最小二乘法，作最小二乘法拟合处理拟合处理上机拟合数据记录：上机拟合数据记录：相关系数相关系数 r r截距截距 a a ， a a的的A A类不确定度分量类不确定度分量 UaUa斜率斜率 b b ， b b的不确定度的不确定度 UbUb 谢谢 谢！谢！