1、1中国地质大学（武汉）实验报告课程名称：近代物理实验实验名称：光栅特性及光谱波长的测量学院：数学与物理学院班号： 组号：组员：指导老师：实验地点：光栅特性及光谱波长的测量2光栅特性及光谱波长的测量一、 实验目的1. 了解光栅的主要特性2. 测量实验所用光栅常数3. 测量汞灯的谱线波长4. 测量氢灯的谱线波长二、实验原理光栅和棱镜一样，是重要的分光原件，它可以把入射光中不同波长的光分开。利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪已被广泛应用。衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，我们实验所用的是平面透射光栅，它相当于一组数目极多，排列紧密均匀的平行狭缝目极多，排列紧密均匀的平行狭缝。根 据 夫 琅 和 费 衍
2、 射 原 理 ，每 一 单 色 平 行 光 垂 直 投 射 到 光 栅 平 面 上 ，被 衍 射 ， 亮 纹 条 件 为 ：dsin =K (K=0, 1, 2, 3,)d-光栅常数 - 衍射角 - 单色光波长由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角 是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光 y=5790 A0）对准该谱线的某级亮纹(例如 K=1）时，求出其平均的衍射角 y ，代入公式就可求光栅常数 d，然后可与标准比较。本实验采用 d=1/1000 厘米的光栅。相反，若将所求得的光栅常数
3、d，并对绿光进行观察，求出某级亮纹（如 K=1）的平均衍射角 y ，代入公式，又可求出g 。同理，可以同级亮纹或不同亮纹的其他谱线进行观察和计算。当一束平行光垂直入射到光栅上，产生一组明暗相间的衍射条纹，其夫朗和费衍射主极大由下式决定：dsin= m (9 1)式中：光栅常数 d = a + b：衍射角 大级次 m = 0 ， 1， 2此式称光栅方程由式得 ：（ 由此可以看出：只要测出任意级次的某一条光谱线的衍射角，即可计算出该光波长。光栅特性及光谱波长的测量3三、实验仪器FB760-9 光谱波长测量仪，透射光栅（1|50 ，1|100mm），氢灯，汞灯，钠灯，可调狭缝，测微目镜，凸透镜等。四
4、、实验内容（1）支起实验仪器，调节灯光，狭缝，透镜的同轴等高，（2）在测量圆台上放上被测光栅，调节透镜产生良好聚焦，看到清楚的钠光谱线。（3）测量出 k=1,-1,2,-2.级的谱线夹角 。利用公式，在知道钠光波为 289nm的条件下，求出光栅常数 d 值。数据记录如下：实验一：光栅常数的测量：k +1 +2 -1 -2/ 10 20.65 10.5 20.5sin 0.174 0.352 0.182 0.350d/nm 3392.9 3339.9 3232.7 3363.8d 平均/nm 3332.3实验二：汞光灯的观察与谱线波长的测量：读数显微镜的位置谱线 + -左 右 左-右 左 右 左
5、-右 紫 354.2 175.5 7.5 9 190.2 7.2 7.3 423.4青 357.3 173.5 6.9 11 192.3 9.3 8.1 469.5k=1黄 351.8 173 10 11.5 193 9.9 10 578.6紫 346.8 168.2 14.9 16.7 198 15 15 431.2青 343.7 164 17 20.5 202 18.9 18 514.9k=2黄 341.5 162.8 20.2 21.9 203 21.1 20.6 586.2 紫 青 黄 平均/nm 427.3 492.2 582.4E(435.8) E(546.1) E(579.1)E
6、1.9% 9.9% 0.57%光栅常数 d=3332.3nm实验三：氢原子巴尔末系光谱的观察与谱线波长的测量.光栅特性及光谱波长的测量4k 谱线 sin k 谱线 sin H 350.2 0.170 566.49 H 159.5 0.350 583.15H 353.5 0.113 376.55 H 166 0.241 401.54+1H 354.2 0.101 336.56+2H 168 0.208 346.560 361.8 0.031 183 0.052H 369.2 0.160 533.17 H 198 0.309 514.84H 370.3 0.179 596.48 H 200.2 0.342 569.82-1H 373.1 0.227 756.43-2H 207.1 0.456 759.76H 666.4575H 486.0975平均/nmH 432.7825理论值： H：656.3nm H:486.1nm H:434.0nm五、误差分析1. 仪器精度有限2.汞灯青色光的测量偏差较大六、参考资料1.戴乐山等，近代物理实验，复旦大学出版社2.黄润生等，近代物理实验第二版，南京大学出版社
