光栅衍射法测定氖光及其汞灯波长

实验名称：光栅衍射法测定氖光及其汞灯波长钱学森92班宋有波090450541实验目的1）熟练分光计的调节。2）理解光栅衍射现象；3）学习用光栅衍射法测定光的波长。2实验器材分光计、平面透射光栅、氖灯、传感器，计算机3实验原理3.1实验原理光栅和棱镜一样，是重要的分光光学元件，已广泛应用在光栅光谱仪、光栅单色仪等。光栅是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝。它分为透射光栅和反射光栅两种。应用透射光工作的称为透射光栅，应用反射光工作的称为反射光栅。现代制造光栅主要有刻划光栅、复制光栅和全息光栅等形式。本实验用的是平面透射光栅。描述光栅特征的物理量是光栅常数d，其大小等于狭缝宽度a与狭缝间不透光部分的宽度b之和，即，习惯上用单位毫米里的狭缝数目N来描述光栅特性。光栅常数与的关系为（1）根据夫琅禾费衍射理论，波长为λ的平行光束垂直入射到光栅平面上时，透射光将形成衍射现象，即在一些方向上由于光的相互加强后光强度特别大，而其他的方向上由于光的相消后光强度很弱就几乎看不到光。图40-1给出了形成光栅衍射的光路图。如果入射光源为线光源，经过光栅后衍射图样为一些相距较大的锐利的色彩斑斓的明亮条纹组成。而这些亮条纹3332145ff+2+10-1-21、光源2、狭缝3、凸透镜4、平面透射光栅5、光栅衍射光谱图40—1实验原理示意图-1-1-2+1+20紫绿黄黄紫绿紫绿黄紫绿黄图40—2汞灯的部分光栅衍射光谱示意图所在的方位由光栅方程所确定，方程为（）（2）其中，d为光栅常数，k为衍射级别，λ为光波长，为衍射角它是光栅法线与衍射方位角之间的夹角。由（2）式可见，同一级的衍射条纹，如果波长不同其衍射角不同，所以光栅具有分光功能。图40-2为汞灯的部分光栅衍射光谱示意图。光栅衍射现象是很容易观察到的，如果手头有一块光栅，可直接透过光栅观察某一光源就可看到衍射现象。实验室中经常在分光计上利用光栅衍射现象来进行光波长或光栅常数的测量。实验上，只要选择光栅常数已知的光栅，可见用待测光照射，使其产生衍射现象，同时用分光计测出各级衍射亮条纹所对应的衍射角，那么由光栅方程（3）可以确定光波长，即：（3）3.2实验方法如果有一台调节好的分光计，便可用来观察光栅衍射现象以及进行相关物理量的测定。如果光栅常数是已知的，那么把光栅置于分光计的载物台上，调节好仪器，然后将装有光敏传感器的旋转平台从右向左转动，这样在计算机屏幕上便扫描出各个级别的衍射条纹的光强，包括条纹的分布情况、各级条纹的亮度等等。4、实验任务实验一：测定汞灯的波长实验二：测定氖灯的波长/5、实验结果：如附图所示/6、实验数据处理：6.1汞灯波长测定：数据处理如下谱线θθ（θ12445.8760.31685.5842.8404.522509.8690.81819.0909.5435.832744.3445.52298.81149.4546.942812.0375.52436.51218.3578.4经过查表可知汞灯中对应的四条谱线的公认值分别为：紫光：404.66nm；蓝光：435.83nm；绿光：546.07nm;黄光（去两条谱线平均值）：578.02nm;可以算的其误差分别为：E1=0.04%；E2=0.006%；E3=0.2%；E3=0.07%可见实验值与公认值之间的误差非常小6.2氖灯波长测定：根据第七个峰值角度θ1=229.5及其对应峰值的角度！θ2=2938.5可以算出中央主极大的角度θ=(θ1+θ2)/2=1584.0从而可推得各个峰值对应角度，如下表所示：自左向右光峰值各光峰值对应角度θ/分对称光峰值对应角度θ/分14.53163.5244.23123.8389.83078.24113.53054.55169.02999.06187.82980.27207.52960.58229.52938.59241.82926.210254.82913.211281.82886.212293.82874.213325.02843.014347.32820.7根据中间峰值最大的条纹角度，可以算的氖光波长：λ=查表可得氖灯橙光有两个波长，分别为640.23nm与638.30nm，取其平均值=639.3nm误差：E=实验结论及体会：由实验结果可以看出，用此实验装置测得的氖灯波长还是非常精