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北京科技大学 物理实验报告

用光栅测量光波波长

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实验报告

实验目的与实验仪器 【实验目的】

（1） 学习调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。 （2） 学习利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。 （3） 了解角色散与分辨本领的意义及测量方法。 【实验仪器】

JJY分光仪(1’)、光栅、平行平面反射镜、汞灯等。

实验原理（限400字以内） 1、 光栅方程

主极大的级数限制：

2、光栅色散本领与分辨本领

光栅的分光原理：波长越长，衍射角越大。

色散现象：入射光是复合光，不同的波长被分开，按从小到大依次排列，成为一组彩色条纹，就是光谱。 K级次的角色散率：

与这两种波

光栅的分辨本领定义为刚好能分辨开的两条单色谱线的波长差长的平均值之比：

实验步骤

光栅方程是在平行光垂直入射到光栅平面的条件下得出的，因此要按此要求调节仪器：

1） 按实验4.14【实验装置】部分的“1.分光仪的构造”和“2.分光仪的调节”内容调节好分光仪。

2） 调节光栅平面使之与平行光管光轴垂直：调B2或B3十字水平线。 3） 调节光栅使其透光狭条与仪器主轴平行：调B1使谱线高度一致。

北京科技大学 物理实验报告 4） 用汞灯照亮平行光管的狭缝，设平行光垂直照射在光栅上，转动望远镜定性观察谱线的分布规律与特征；然后改变平行光在光栅上的入射角度，转动望远镜定性观察谱线的分布的变化。

5） 测量肉眼可以很清楚看到的汞灯蓝色、绿色、黄色I、黄色II四条谱线。使望远镜对准中央亮线，向左转动，对观察到的每一条汞光谱线，使谱线中央与分划板的垂直线重合，将望远镜此时的角位置

记录到表5.8-1

到5.8-4中。同样的，向右转动，将望远镜此时的角位置表5.8-1到5.8-4中。

读数：

记录到

【分析讨论】

讨论光栅的作用、汞光谱线的分布规律与特征、平行光入射角度对谱线分布的影响等，对实验结果进行评价。

答：1、光栅主要有四个基本性质:色散、分束、偏振和相位匹配，光栅的绝大多数应用都是基于这四种特性。光栅的色散是指光栅能够将相同入射条件下的不同波长的光衍射到不同的方向，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件；光栅的分束特性是指光栅能够将一束入射单色光分成多束出射光的本领；光栅的相位匹配性质是指光栅具有的将两个传播常数

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不同的波祸合起来的本领。最明显的例子是光栅波导祸合器，它能将一束在自由空间传播的光束祸合到光波导中。衍射光栅是一种分光元件,也是光谱仪器的核心元件。2、高压汞灯的相对光谱能量分布如图所示：可见光区4根汞线的强度(404nm、436nm、546nm 和577—579nm)明显更强，总辐射能量中约有37％是可见光，其中一半以上集中在这4根汞的特征谱线上。3、当入射光线与光栅不垂直而偏离的角度α小于3°时。这部分误差较小而可以忽略，但随着偏离角度的增大，测量误差会显著增加，衍射条纹会相应地移动一个角度，要用d*（sin入射角+sinφ）=kλ进行计算。4、实验数据基本合理，实验结果基本正确。

3、

【思考题】

如何利用分光仪测量光栅的光栅常数？给出实验方法和主要实验步骤。 答：让已知波长为λ的入射光垂直照射到光栅上,用分光仪测量并计算出θ，之后根据光栅方程,dsinθ=kλ求出d。主要实验步骤：紧接着本节实验进行操作，将汞灯换成波长为λ的入射光垂直照射到光栅上，根据本节实验中的测量步骤中的操作得到和，重复测量2~3次，利用衍射角计算公式计算出θ，最后带入光栅方程求解出d。 【结论】

通过本节实验， 学习了调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。学习了利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。了解了角色散与分辨本领的意义及测量方法。