光栅衍射实验报告(共13页).doc

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【实验目的】
(1







波长/nm







汞灯的多级衍射光谱

l)水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V电源，否则要烧毁。
2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭，否则会降低其寿命。
3)水银灯的紫外线很强，不可直视。
【实验内容】
(1)调整分光计和光栅以满足测量要求。
(2)在光线垂直入射的情形下，即i=0时，测定光栅常数和光波波长。
①调整光栅平面与平行光管的光轴垂直。平行光垂直入射于光栅平面，这是式(2)成立的条件，因此应做仔细调节，使该项要求得到满足。调节方法是:先将望远镜的竖叉丝对准零级谱线的中心，从刻度盘读出入射光的方位(注意:零级谱线很强，长时间观察会伤害眼睛，观察时必须在狭缝前加一两层白纸以减弱其光强)。再测出同一m级左右两侧一对衍射谱线的方位角，分别计算出它们与入射光的夹角，如果二者之差不超过a＇角度，就可认为是垂直入射。
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光栅G在小平台上的位置
光栅调节示意图
②课前由式(2)推导出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的公式来决定测量第几级的较为合理。
A．用推导d的不确定度
=>


B．的不确定度
=>

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所以，m越大，、越小。在可能看清的情况下，m取的越大，测得的值误差越小。
③测定。光线垂直于光栅平面入射时，对于同一波长的光，对应于同一m级左右两侧的衍射角是相等的。为了提高精度，一般是测量零级左右两侧各对应级次的衍射线的夹角2，如图所示。测量时应注意消除圆度盘的偏心差。
求d及。已知水银灯绿线的波长，由测得的绿线衍射角求出光栅常数d。再用已求出的d测出水银灯的两条黄线和一条最亮的紫线的波长，并计算d和的不确定度。
（3）在时，测定水银灯光谱中波长较短的黄线的波长。
①使光栅平面法线与平行光管光轴的夹角(即入射角)等于，同时记下入射光方位和光栅平面的法线方位。调整方法自拟，课前考虑好。
可以借助用平面镜与光栅平面平行进行调节。先固定外刻度盘转动内盘（内盘小平台不与内盘发生相对移动）。预转，然后看十字叉丝是否与叉丝对齐后读方位与初始方位的差即为入射角的值。
②测定波长较短的黄线的衍射角。与光线垂直入射时的情况不同，在斜入射的情况下，对于同一波长的光，其分居入射光两侧且属同一级次的谱线的衍射角并不相等，因此，其只能分别测出。
③根据上述读数，判断衍射光线和入射光线位居光栅平面法线同侧还是异侧。
④确定m的符号并用已求出的d计算出水银灯光谱中波长较短的黄线的波长。
(4)用最小偏向角法测定波长较长的黄线的波长(选做)。
确定的方法与确定三棱镜的最小偏向角的方法相似。改变入射角，则谱线将随之移动，找到黄光某一条谱线与零级谱线的偏离为最小的方位后，就可由该谱线的方位及零级谱线的方位(即入射光的方位)测出最小偏向角。
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实际测量时，为提高测量精度，可测出2。方法是：先找到黄光中与入射线位居光栅平面法线同侧的某一条谱线，改变入射角，当其处于最小偏向角位置时，记下该谱线的方位;然后，以平行光管的光轴为对称轴，通过转动小平台，使光栅平面的法线转到对称位置上，在入射线的另一侧，对应级次的衍射线亦同时处于最小偏向角位置，记下其方位，前后两种情况下衍射线的夹角即为2。
利用已测出的d和式(6)即可求出水银灯光谱中波长较长的黄线的