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光栅衍射实验报告数据处理共10篇

归档日期:07-23       文本归类:光学干扰      文章编辑:爱尚语录

  组别班级 姓名成绩 实验日期注: 测量的角度按十进制记 录在相应的表格中。 提示:总不确定度只保留一位有效数字。 3329?5nm ?A?B?0.00025rad 0.40nm ?dsin/2?436.18594nm 436.2?0.4 nm 组别040502 班级 12 实验日期2013.9.27 作业完成后发往:[emailprotected]/* 测量的角度按十进制记录在相应的表格中。例如,84042’ 应记录为 84.700,(见例)。 提示:总不确定度只保留一位有效数字。 一、计算光栅常数 ?A?B?0.0003rad ?cos?0.2nm sin0.2nm ?/sin?3271.0 nm d?d?3271.0 ?(?i?)2/6?710 0.0003rad?cos?/2?0.5 nm 0.5nm?sin/2? 422.2nm 4.10光栅的衍射 衍射光栅简称光栅,是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等 宽狭缝,通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚 石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的,被刻划的线是光栅中 不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多 平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的, 一般每毫米约 250~600 条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐,分辨 本领比棱镜高,所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分 光元件,用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。另外, 光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。 1.测定光栅常数 和光波波长 光栅上的刻痕起着不透光的作用,当一束单色光垂直照射在光栅上时,各狭缝的光线因衍射而向各方向传播,经透镜会聚相互 产生干涉,并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。 如图 所示,设光栅常数d=AB的光栅G,有一束平行光与光栅的法线成 BC垂直于入射光 CA,再作BD 垂直于衍射光AD,AD 与光栅法线所成的夹角为?。 如果在这方向上由于光振动的加强而在 处产生了一个明条纹,其光程差CA+AD 必等于波长的整数倍,即: d?sin?sini?m?(1) 在光栅法线)式括号内取负号。 式中,?为入射光的波长。当入射光和衍射光都在光栅法线)式括号内取正号, 这里,m=0,1,2,3,…,m为衍射级次,?m第m级谱线的衍射角。 与入射线同在光栅法线 级衍射光的衍射角为沪,则由式(1)可知 级衍射光的夹角,称为偏向角, 显然,随入射角i而变,不难证明?i 时为一极小值,记作?, 称为最小偏向角。并且仅在入射光和衍射光处于法线同侧时才存 在最小偏向角。此时 ?i?带入式(3)得 由此可见,如已知光栅常数d,只要测出了最小偏向角?,就可根据式(6)算出波长?。 分光计的结构和调整方法见4.3 节。在本实验的各项任务中, 为实现平行光入射并测准光线方叫位角,分光计的调整应满足:望 远镜适合于观察平行光,平行光管发出平行光,并且二者的光轴 都垂直于分光计主轴。 如前所述,光栅上有许多平行的,等距离的刻线。在本实验中应使光栅刻线与分光计主轴平行。如果光栅刻线不平行于分光计 主轴,将会发现衍射光谱是倾斜的并且倾斜方向垂直于光栅刻痕 的方向不平行于分光计方向,但谱线本身仍平行于狭缝。显然这 会影响测量结果。通过调整小平台,可使光栅刻痕平行于分光计 主轴。为调节方便,放置光栅时应使光栅平面 垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线.水银灯 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)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 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。 光栅G在小平台上的位置 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?m较为合理。 A.用dsin?m?m?推导d的不确定度?d d?m?/sin?mlnd?lnm?ln?ln(sin?m) ?dsin?m/mln?lnm?lnd?ln(sin?m) 所以,m越大,?d、?越小。在可能看清的情况下,m 测定?m。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?m,如图所 示。测量时应注意消除圆度盘的偏心差。 及?。已知水银灯绿线nm,由测得的绿线衍射角?m求出光栅常 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。 使光栅平面法线与平行光管光轴的夹角(即入射角) 等于 15?0,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 15?,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 测定波长较短的黄线的衍射角?m。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?m只能分别 测出。 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。 确定 计算出水银灯光谱中波长较短的黄线)用最小偏向角法测定波长较 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?。 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)即可求出水银灯光谱中波长较长的黄线 中得到的实验结果相比较。 组别12 02班级 2010 级化学工程与工艺1 成绩实验日期 2011/11/23 作业完成后发往: [emailprotected]/* 提示:总不确定度只保留一位有效数字。 ?A?B?0.0001rad 3301.67nm ?A?B?0.0001rad ?dcos?/2?0.2nm ?dsin/2?437.60nm 437.6?0.2nm 参见实验教材P22,本实验采用不确定度来表述测量结果的可 靠程度。 (2)不确定度B类分量的计算(用弧度表示): 式中,?inst是指计量器具的示值误差(或最小分辨率);C是系 数,这里取C 因为?绿?-?-?1绿左-1 Ud?U?(取两位有效数字) d?Ud(Ud 取一位有效数字,对齐,单位) 1?15?1?15?1?=?1黄左-?-1 多取一位有效数字)(11) (Ud、U?取两位有效数字)(12) 由于分光计刻度尺的结构原因,当?1绿左-?-1 -?-1绿右相差很大,例如当 绿左-?-1绿左?3410,?1 绿右-?-1 绿右?1904?时,不能直接 将3410 和1904?代入(6)式进行计算,而 应将3600-3410和1904?代入(6)式进行计算;当?1 绿左-?-1 绿右-?-1绿右相差很小(如只相差几分)时,则将其直 接代入(6)式计算即可。 组别班级 姓名实验日期作业完成后发往: 测量的角度按十进制记录在相应的表格中。例如,84042’ 应记录为 84.700,(见例)。 提示:总不确定度只保留一位有效数字。 一、计算光栅常数 ?)2/6?0.004(O) ?B?=0.01 ?A?B?0.0002rad ?cos?4nm sin24)nm ?/sin?3301.67 nm ?A?B?0.0002rad ?dcos?/2?0.4 nm 0.4)nm ?sin/2?436.72 nm ?(436.8 组别140502 班级 软件 姓名崔三星 实验日期 2013 年12 测量的角度按十进制记录在相应的表格中。例如,84042’ 应记录为 84.700,(见例)。 提示:总不确定度只保留一位有效数字。 一、计算光栅常数 ?A?B?0.014rad ?cos?7nm sin?/sin?22040nm ?)2/6?0.00(O) ?A?B?0.01rad ?cos?/2? 91nm ?sin/2?6112nm ?6112+-91 nm 核11李敏 2011011693 实验台号19 2.1测定光栅常数和光波波长 角,入射到光栅上产生衍射;出射光夹角为?。从B 点引两条垂线到入射光和出射 光。如果在F 处产生了一个明条纹,其光程差CA?AD 必等于波长? 的整数倍,即 m为衍射光谱的级次,0,?1,?2,?3?.由这个方程,知道了d,?,i,?中的三个量,可以推出另外一个。 据此,可用分光计测出衍射角?m,已知波长求光栅常数或已知光栅常数求波长。 2.2用最小偏向角法测定光波波长 如右图。入射光线与m级衍射光线)式中应取加号,即d sin?+sin? 为偏向角,则由三角形公式得 2dsin2cos 易得,当?=0时,?最小,记为δ ,则(2.2.1) 由此可见,如果已知光栅常数d,只要测出最小偏向角δ 3.1分光计 在本实验中,分光计的调节应该满足:望远镜适合于观察平行光,平行光管发出平行光,并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。 3.2光栅 调节光栅时,调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线)水银灯在使用中必须与扼流圈串接,不能直接接220V (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)调节分光计和光栅使满足要求。(2)测定i=0 时的光栅 常数和光波波长。 1.i=0时,测定光栅常数和光波波长 五、数据记录见附页 六、数据处理 6.1 ln?lnd?ln(sin?m)?lnmcos?m?ln?1 论文网:[标签:biaoti])? ?由以上推导可知,测量d时,在?m一定的情况下,?m越大d 的偏差越小。但是?m大时光谱级次高,谱线难以观察。所以要各 方面要综合考虑。 而对?的测量,也是?m越大不确定度越小。 综上,在可以看清谱线的情况下,应该尽量选择级次高的光谱观察,以减小误差。 6.2 而实验前已知光栅为300 线每毫米,可见测量结果与实际较吻 再用d求其他光的?: 对波长较长的黄光:m=20o15',d=3349nm代入,可得 对波长较短的黄光:?m=20o10'代入,可得 对紫光:m=20o5'代入,可得 2)三级光谱下:对绿光:

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