光栅特性的研究

组员：光栅特性的研究目录实验目的实验仪器实验原理实验步骤数据处理实验结论心得体会一、实验目的1.熟悉分光计的构造和调节原理2.深入研究光栅的光学特性二、实验仪器①汞灯②氢灯③分光计④光栅三、实验原理1、光栅方程（1）当平行光垂直入射光栅时，发生多光束衍射，产生谱线的位置由正入射的光栅方程dsinθ=kλ(k=0,±1,±2…)①决定，其中d=a+b为光栅常量，θ为衍射角，k为谱线级数，λ为光波波长。对于正入射来说，谱线在零级两侧对称分布。（2）当平行光斜入射时，光栅方程为dsinθ±dsini=kλ(k=0,±1,±2…)②三、实验原理最小偏向角存在的数学推导：当k>0时②式取正，即dsinθ+dsini=kλ(k=1,2，3…)③sinθ+sini=kλ/d④定义偏向角为Δ，Δ=θ+i要求Δ的最小值，则需要=0且>0即需要dΔ/di=dθ/di+1=0⑤d2Δ/di2=d2θ/di2>0⑥由d(sinθ+sini)/di=0可知dθ/di=-cosi/cosθ⑦,代入⑤⑥式可知当θ=i时Δ有最小值，记作，此时=θ+i=2θ,这时的光栅方程③可得最小偏向角处的光栅方程2dsin(Δ/2)=kλk=1,2,3…

⑦三、实验原理最小偏向角存在的理论分析：当平行光斜入射时，由于入射角的变化产生了两方面的变化①光栅有效截面的变化②引入了入射前的的光程差。对①，入射光波的光栅有效截面由d变成了dcosi，这将使光谱线在零级两侧对称外移；对②有了附加光程差dsini，在k>0部分dsini使θ减小谱线外移，在k<0部分dsini使θ增大谱线内移。综合来讲，对负级次谱线①②使谱线外移；对正级谱线①②使谱线先内移后外移。也正是因此，谱线将非对称分布。结论：只有在k>0侧存在最小偏向角三、实验原理2、利用氢原子光谱计算里德伯常数、普朗克常数由原子物理知识可知巴尔末公式波数v=1/λ=RH(1/22-1/n2)⑧同时又氢原子跃迁是能量变化ΔE-hv=hc/λ=13.6eV(1/4-1/n2)从而h=13.6eV(1/4-1/n2)λ/c⑨氢原子在可见光范围内有红光Hα(n=3)、蓝光Hβ(n=4)、紫光Hγ(n=5)三条谱线，有原理一的最小偏向角法可以测得它们的波长。四、实验步骤1.调节分光计2.首先汞光源斜入射光栅,已知黄绿光波长，利用最小偏向角法确定光栅常量d3.已知光栅常量d,利用最小偏向角测未知光波波长4.研究法线左右两侧光谱的非对称分布规律：固定入射角情况下，测量k=1,-1范围内不同颜色光谱线的衍射角，并绘制λ—θ或θ—λ图，观察分布规律。5.通过观察氢灯巴尔末系光谱，利用最小偏向角法测量三条谱线的波长λ，并计算普朗克常数和里德伯常数。6、实验结论四、数据处理1.测光栅常量d2dsin(Δ/2)=kλk=1,2,3…6、实验结论四、数据处理2、测量未知光波波长6、实验结论四、数据处理3、非对称分布规律6、实验结论四、数据处理4、测量里德伯常数和普朗克常数6、实验结论六、实验结论一、以黄绿光为基础测量光栅常量dd=1.667×10∧－6m或d=3.32×10∧－6m二、在已知光栅常量的基础上，测量部分未知光波波长紫205.3nm蓝紫

433.0nm

蓝绿1492.0nm

蓝绿2517.9nm

黄1562.1nm

黄2572.9nm

红橙1608.7nm

红橙2622.6

nm

6、实验结论六、实验结论三、在已知部分光波波长的基础上，测量非对称分布规律颜色k=1侧的衍射角k=－1侧的衍射角紫0.518.57蓝紫1.0519.12蓝绿11.9820.12蓝绿22.1620.23黄绿

2.9721.13黄13.6721.70黄23.7021.77红橙14.3022.37红橙24.5122.58

6、实验结论六、实验结论

6、实验结论六、实验结论四、利用氢灯测量普朗克常数和里德伯常数颜色里德伯常数普朗克常数蓝1.099×10∧7/m6.606×10∧－34J.S红1.089×10∧7/m6.678×10∧－34J.S求平均值得出RH=1.094×10∧7/mh-=6.642×10∧－34J.S

我刚开始做实验的时候，对自己很没有信心，别人怎么做我就怎么做，如果做实验期间出现不会或者实验仪器不会调的时候我赶紧问老师怎样才是正确的做法。这次老师给我们安排了做设计性实验。我作为一名少数民族学生来说非常的的挑战。后来我发现在做实验期间出现问题是及时向周边同学请求帮忙并一起探讨探讨解决问题才是最好的。1准备充分，实验越顺利。前期的知识储备、文献储备、材料准备、方法准备可以避免手忙脚乱，充分的预实验使你充满信心。一步一个脚印，就不必“从头再来”。最不能容忍的是在开始的几步偷懒，造成后面总有一些无法排除的障碍2做实验需要交流和虚心求助做实验遇到困难是家常便饭。你的第一反应是什么？反复尝试？虚心求助才是硬道理，但首先应该想到的是交流。交流是最好的工具。我在做实验期间遇到很多问题，尤其是调绿色十字叉是初见一些偏差。我为了实验的准确性赶紧向周边的同学求助并验证调法的准确性。3做实验处理数据是非常重要我在做实验读