第一篇：物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告《用分光計(jì)和透射光柵測光波波長》

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

觀察光柵的衍射光譜，掌握用分光計(jì)和透射光柵測光波波長的方法。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

分光計(jì)，透射光柵，鈉光燈，白熾燈。

【實(shí)驗(yàn)原理】

光柵是一種非常好的分光元件，它可以把不同波長的光分開并形成明亮細(xì)窄的譜線。

光柵分透射光柵和反射光柵兩類，本實(shí)驗(yàn)采用透射光柵，它是在一塊透明的屏板上刻上大量相互平行等寬而又等間距刻痕的元件，刻痕處不透光，未刻處透光，于是在屏板上就形成了大量等寬而又等間距的狹縫?？毯酆酮M縫的寬度之和稱為光柵常數(shù)，用d

表示。

由光柵衍射的理論可知，當(dāng)一束平行光垂直地投射到光柵平面上時(shí)，透過每一狹縫的光都會(huì)發(fā)生單縫衍射，同時(shí)透過所有狹縫的光又會(huì)彼此產(chǎn)生干涉，光柵衍射光譜的強(qiáng)度由單縫衍射和縫間干涉兩因素共同決定。用會(huì)聚透鏡可將光柵的衍射光譜會(huì)聚于透鏡的焦平面上。凡衍射角滿足以下條件

實(shí)驗(yàn)中若測出第k級(jí)明紋的衍射角θ，光柵常數(shù)d已知，就可用光柵方程計(jì)算出待測光波波長λ。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】

1．分光計(jì)的調(diào)整

分光計(jì)的調(diào)整方法見實(shí)驗(yàn)1。

2．用光柵衍射測光的波長

物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

·化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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圖12

光柵支架的位置

圖13

分劃板

（3）測鈉黃光的波長

①

轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，找到零級(jí)像并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個(gè)角度θ0和θ0/，并記入表4

中。

②

右轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到一級(jí)像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個(gè)角度θ右和θ右/，并記入表4中。

③

左轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，找到另一側(cè)的一級(jí)像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個(gè)角度θ左和θ左/，并記入表4中。

3．觀察光柵的衍射光譜。

將光源換成復(fù)合光光源（白熾燈）通過望遠(yuǎn)鏡觀察光柵的衍射光譜。

【注意事項(xiàng)】

1．分光計(jì)的調(diào)節(jié)十分費(fèi)時(shí)，調(diào)節(jié)好后，實(shí)驗(yàn)時(shí)不要隨意變動(dòng)，以免重新調(diào)節(jié)而影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

2．實(shí)驗(yàn)用的光柵是由明膠制成的復(fù)制光柵，衍射光柵玻璃片上的明膠部位，不得用手觸摸或紙擦，以免損壞其表面刻痕。

3．轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡前，要松開固定它的螺絲；轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，手應(yīng)持著其支架轉(zhuǎn)動(dòng)，不能用手持著望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

表4

一級(jí)譜線的衍射角

零級(jí)像位置

左傳一級(jí)像

位置

偏轉(zhuǎn)角

右轉(zhuǎn)一級(jí)像

位置

偏轉(zhuǎn)角

偏轉(zhuǎn)角平均值

光柵常數(shù)

鈉光的波長λ0

=

589·3

nm

根據(jù)式（10）

k=1，λ=

d

sin

1=

相對誤差

【思考題】

1．什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？

2．分光計(jì)的主要部件有哪四個(gè)？分別起什么作用？

3．調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計(jì)中心軸時(shí)很重要的一項(xiàng)工作是什么？如何才能確保在望遠(yuǎn)鏡中能看到由雙面反射鏡反射回來的綠十字叉絲像？

4．為什么利用光柵測光波波長時(shí)要使平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸與光柵平面垂直？

5．用復(fù)合光源做實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到了什么現(xiàn)象，怎樣解釋這個(gè)現(xiàn)象？

第二篇：光柵物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

題目：光柵

作者：姓名：XX

學(xué)號(hào)：1028XXXX

班級(jí)：安全1001

單位：北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院

摘要：

光柵是一種非常重要的光學(xué)元件。本論文主要討論光柵的分類、原理、效果與鑒別。

關(guān)鍵詞：

光柵、原理、種類、效果、鑒別

引言：

光柵是結(jié)合數(shù)碼科技與傳統(tǒng)印刷的技術(shù)，能在特制的膠片上顯現(xiàn)不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立體世界，電影般的流暢動(dòng)畫片段，匪夷所思的幻變效果。

光柵是一張由條狀透鏡組成的薄片，當(dāng)我們從鏡頭的一邊看過去，將看到在薄片另一面上的一條很細(xì)的線條上的圖像，而這條線的位置則由觀察角度來決定。如果我們將這數(shù)幅在不同線條上的圖像，對應(yīng)于每個(gè)透鏡的寬度，分別按順序分行排列印刷在光柵薄片的背面上，當(dāng)我們從不同角度通過透鏡觀察，將看到不同的圖像。

正文：

光柵主要有狹縫光柵和柱鏡光柵兩類，狹縫光柵即 線型光

柵是最 早較為成熟的光柵，其成像原理為針孔成像的原理。因這種光柵比較容易制作，技術(shù)難度不大，所以在十幾年前就有制作非常優(yōu)美的大幅狹縫光柵立體燈箱廣告出現(xiàn)。現(xiàn)今一些立體制作公司仍樂于用狹縫光柵立體燈箱參與展覽，效果是不錯(cuò)，但狹縫光柵立體燈箱有以下缺陷：透光率僅 20-30%，不環(huán)保，不節(jié)能，照明燈多耗能大，發(fā)熱大，室外亮度不夠，僅適用于室內(nèi)。

柱鏡光柵 種類繁多主要有板材和模材兩大類，其成像原理為弧面透鏡折射反射成像原理。柱鏡光柵潛力較大，室內(nèi)外打不打燈都可使用，市場普及率正不斷擴(kuò)大。光柵膜材曾一度因具有價(jià)格競爭力而風(fēng)靡過一陣，但由于現(xiàn)在柱鏡光柵板價(jià)格的逐步下降，以及膜材需要粘貼及技術(shù)還有待提高的原因使其競爭力未顯突出。

其原理如下：

光柵也稱衍射光柵。是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散(分解為光譜)的光學(xué)元件。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫(刻線)的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數(shù)量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵每個(gè)縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細(xì)的圖樣，這些銳細(xì)而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異，當(dāng)復(fù)色光通過光柵后，不同波長的譜線在不同的位置出現(xiàn)而形成光譜。光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果。

衍射光柵在屏幕上產(chǎn)生的光譜線的位置，可用式（a+b)(sinφ ± sinθ)= kλ表示。式中a代表狹縫寬度，b代表狹縫間距，φ為衍射角，θ為光的入射方向與光柵平面法線之間的夾角，k為明條紋光譜級(jí)數(shù)（k=0，±1，±2……），λ為波長，a+b稱作光柵常數(shù)。用此式可以計(jì)算光波波長。光柵產(chǎn)生的條紋的特點(diǎn)是：明條紋很亮很窄，相鄰明紋間的暗區(qū)很寬，衍射圖樣十分清晰。因而利用光柵衍射可以精確地測定波長。衍射光柵的分辨本領(lǐng)R=l/Dl=kN。其中N為狹縫數(shù)，狹縫數(shù)越多明條紋越亮、越細(xì)，光柵分辨本領(lǐng)就越高。增大縫數(shù)N提高分辨本領(lǐng)是光柵技術(shù)中的重要課題。

它有著制造三維立體效果：

根據(jù)研究，我們?nèi)祟惖难劬υ谟^察一個(gè)三維物體時(shí)，由于兩眼水平分開在兩個(gè)不同的位置上，所觀察到的物體圖像是不同的，它們之間存在著一個(gè)像差，由于這個(gè)像差的存在，通過人類的大腦，我們可以感到一個(gè)三維世界的深度立體變化，這就是所謂的立體視覺原理。據(jù)立體視覺原理，如果我們能夠讓我們的左右眼分別看到兩幅在不同位置拍攝的圖像，我們應(yīng)該可以從這兩幅圖像感受到一個(gè)立體的三維空間。從前面的分析中我們可以知道不同的觀察角度將可以看到不同的圖像。因如果我們將光柵垂直于兩眼放置，由于兩眼對光柵的觀察角度不同，因而兩眼會(huì)看到兩個(gè)不同的圖像，從而產(chǎn)生立體感。常為了獲得更好的立體效果我不單單以兩幅圖像制作，而是用一

組序列的立體圖像去構(gòu)成，在這樣的情況下，根據(jù)觀察的位置不同，只要同時(shí)看到這個(gè)序列中的兩副圖像，即可感受到三維立體效果。

我們可以通過以下三種方式鑒別它的優(yōu)虜：

膜材正面（光柵面）圓弧成型穩(wěn)定，排列均勻，放大觀察圓滑，手摸有明顯凸起感,背面平整、無壓痕；劣質(zhì)品達(dá)不到上述標(biāo)準(zhǔn)，尤其背面手感有明顯凹入壓痕者，易造成粘接發(fā)虛不實(shí)、解像力差、圖像眼暈眼花,為偽劣次次品。

合格膜材線條成型順直，無走斜扭曲現(xiàn)象?？纱蛴≈本€檢測，也可提起膜光柵對著窗戶以窗格為參照，透光直接目測優(yōu)劣。

合格品復(fù)合板后在指定厚度上均有準(zhǔn)確聚焦，不合格產(chǎn)品、劣質(zhì)品聚焦不準(zhǔn)，指定4mm、5mm聚焦但大多是6mm、8mm才能聚焦成像，波動(dòng)不穩(wěn)，范圍過大，這是劣質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)者經(jīng)常遮蓋的一點(diǎn)，實(shí)屬購者一大誤區(qū)?？捎娩N售者提供的線距打印檢測條辨別。

參考文獻(xiàn)：

《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》（劉勁松）

《物理光學(xué)導(dǎo)論》（雷肇棣）

《光學(xué)》（周玉芳）

以及百度、搜狗上的文章

第三篇：分光計(jì)的調(diào)節(jié)和和使用光柵測波長教案-揚(yáng)州大學(xué)物理教學(xué)中心

分光計(jì)的使用 用光柵測波長

一． 實(shí)驗(yàn)介紹與引入： １．精確測量光線偏折的角度是光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的重要內(nèi)容之一。光在傳播過程中的衍射、散射等物理現(xiàn)象也都與角度有關(guān)；一些光學(xué)量如光柵常數(shù)、光波波長等都可以通過直接測量有關(guān)的角度去確定。２．本實(shí)驗(yàn)所使用的分光計(jì)便是一種能精確測量角度的基本光學(xué)儀器，常用來測量折射率、光波波長、色散率和觀察光譜等。３．分光計(jì)的基本部件和調(diào)節(jié)原理與目前生產(chǎn)及科研上常用的光學(xué)儀器（如單色儀，攝譜儀等）有許多相似之處（后者一般在分光器件和譜線采集系統(tǒng)上更復(fù)雜、精確）。學(xué)習(xí)和使用分光計(jì)可以為今后使用此類精密的光學(xué)儀器打下良好的基礎(chǔ)。

二．實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容：

1．了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理； ２．掌握分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法；

３．用分光計(jì)測量光柵常數(shù)和用光柵測波長。

三．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：

1．任何時(shí)候都不能用手觸及光柵和平面鏡的光學(xué)表面，只能用手拿非光學(xué)面即側(cè)面或底座。

2．光學(xué)元件要輕拿輕放，防止光柵和平面鏡碰撞或從載物臺(tái)上摔落，導(dǎo)致元件破損。

3．在調(diào)節(jié)分光計(jì)的過程中，用力要輕，動(dòng)作要慢，不得隨意旋轉(zhuǎn)和撥動(dòng)，以免造成儀器的嚴(yán)重磨損。

4．實(shí)驗(yàn)完成后，請將儀器整理好，光柵和平面鏡歸還原處。

四．實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)指導(dǎo)：(粗體部分一般需要和學(xué)生強(qiáng)調(diào)，其他內(nèi)容按學(xué)生具體情況選擇。)

（一）分光計(jì)的調(diào)節(jié)：

１．請同學(xué)打開汞燈預(yù)熱，并對照教材上的結(jié)構(gòu)圖和網(wǎng)上教學(xué)輔導(dǎo)系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際儀器了解分光計(jì)各部分的結(jié)構(gòu)和各旋鈕的作用。

２．分光計(jì)的調(diào)節(jié)要求。用分光計(jì)進(jìn)行測量之前,需要對儀器進(jìn)行調(diào)節(jié),使之達(dá)到如下要求: 1）望遠(yuǎn)鏡能接收平行光(或者適于觀察平行光),且其光軸垂直于分光計(jì)的主軸(即儀器豎直方向中心軸)；

2)平行光管出射平行光,其光軸亦垂直于分光計(jì)的主軸。

在要求1)中望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)是關(guān)鍵，是難點(diǎn)，也是要求2)的基礎(chǔ)。３．分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)的具體作法分2步——粗調(diào)、細(xì)調(diào)。①粗調(diào)：通過目測調(diào)節(jié)，使載物平臺(tái)水平，使望遠(yuǎn)鏡光軸水平，當(dāng)平面反射鏡“兩面”正對望遠(yuǎn)鏡時(shí)，都能從望遠(yuǎn)鏡里看到亮十字。（粗調(diào)很重要，要引起學(xué)生重視，做到“粗調(diào)細(xì)做”）粗調(diào)具體步驟如下：

1）打開照明小燈電源開關(guān)，調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪，能看清分劃板上的刻線。2）調(diào)節(jié)載物臺(tái)3個(gè)調(diào)平螺絲等高，可通過載物臺(tái)底座與小平臺(tái)之間的調(diào)平螺絲的高度來判斷(目測或數(shù)螺紋)，這一步一定要嚴(yán)格；

3）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)平螺絲使其光軸與載物臺(tái)平行，通過目測來判斷。

4）轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)底座(注意:不是平臺(tái))，使平面反射鏡“兩面”分別正對望遠(yuǎn)鏡(此時(shí)目鏡光場最暗)，觀察有無亮十字(可能是一亮斑)。5）當(dāng)按步驟3)調(diào)節(jié)后，兩面都有亮十字（亮斑），調(diào)節(jié)物鏡與分劃板的位置，使亮十字最清晰。此時(shí)粗調(diào)完成。

●問題一：一面有亮十字，一面沒有。說明粗調(diào)沒做好，再認(rèn)真仔細(xì)做一次步驟2)。再次觀察，如果現(xiàn)象不變，則假設(shè)載物臺(tái)已水平，問題出在望遠(yuǎn)鏡光軸不水平。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)底座，使平面反射鏡沒有綠色亮十字的一面正對望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)平螺絲（向上或向下，但不能調(diào)載物臺(tái)調(diào)平螺絲），直到看到亮十字。●問題二：兩面都沒有亮十字，做法同問題一。如果步驟2)做的很嚴(yán)格，這種情況出現(xiàn)的可能性很小，大多數(shù)情況為問題一的情形。

②細(xì)調(diào)：在粗調(diào)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)載物臺(tái)的調(diào)平螺絲和望遠(yuǎn)鏡的俯仰螺絲，使平面鏡“兩面”正對望遠(yuǎn)鏡時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡里看到的十字像都和上十字叉絲重合，從而保證載物臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡光軸嚴(yán)格水平。

●問題三：為什么從望遠(yuǎn)鏡里看到的十字像都和上十字叉絲重合，就能保證載物臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡光軸嚴(yán)格水平？原理見下圖，結(jié)合圖像給學(xué)生講解。

細(xì)調(diào)具體步驟如下：

1）將平面鏡如圖（１）放置，保持調(diào)平螺絲ａ不動(dòng)，調(diào)節(jié)ｂ，ｃ和望遠(yuǎn)鏡的俯仰螺絲，使兩次反射的十字像在上叉絲“重合”。

●問題四：為什么要把平面鏡如圖（１）放置？在實(shí)驗(yàn)過程中請學(xué)生觀察思考：調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲和望遠(yuǎn)鏡俯仰螺絲對十字像的移動(dòng)分別起什么作用。2）將平面鏡轉(zhuǎn)過90度，保持調(diào)平螺絲b,c以及望遠(yuǎn)鏡俯仰螺絲不動(dòng)，調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲a，使兩個(gè)十字像重合，此時(shí)細(xì)調(diào)完成。（由于誤差的存在，這一步調(diào)節(jié)可能很難使兩個(gè)十字像完全重合。）

4．調(diào)節(jié)準(zhǔn)直管狹縫的寬度和位置，使其產(chǎn)生平行光，即在望遠(yuǎn)鏡中能看到又細(xì)又亮的豎直的藍(lán)色光譜線，和分劃板上的豎直叉絲重合。

5．在學(xué)生調(diào)節(jié)過程中檢查記錄每個(gè)學(xué)生的調(diào)節(jié)情況，調(diào)節(jié)結(jié)束后評(píng)估每個(gè)學(xué)生

的調(diào)節(jié)效果。

（二）測光柵常數(shù)

1.安置光柵。安置光柵時(shí)應(yīng)達(dá)到下述要求。

（1）入射光垂直照射光柵表面。將光柵如圖17-7所示放置在載物臺(tái)上，使光柵平面與平行光管軸線大致垂直。

（2）調(diào)節(jié)平行光管的狹縫與光柵刻痕平行。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，觀察衍射光譜的分布情況，注意中央明紋兩側(cè)的衍射光譜是否在同一水平面內(nèi)。如果有高低的變化，說明狹縫與光柵刻痕不平行。調(diào)節(jié)與光柵在一條直線上的載物臺(tái)調(diào)平螺釘，直到中央明紋兩側(cè)的衍射光譜在同一水平面上。

2.測汞燈綠光譜線的衍射角。

（1）由于衍射光譜的分布位置對稱與中央明紋，所以?k級(jí)和?k級(jí)光譜線之間夾角的一半為該級(jí)光譜的衍射角。先將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)中央明紋，然后轉(zhuǎn)到是k??1，對準(zhǔn)第一級(jí)光譜線的綠光譜線，螺釘15，鎖緊望遠(yuǎn)鏡。借助微調(diào)螺釘12，圖17-7 光柵放置圖

微調(diào)望遠(yuǎn)鏡位置，使分劃板的垂直刻線對準(zhǔn)待測的該譜線。從左、右游標(biāo)上分別讀取數(shù)據(jù)?和??，記錄在表中。

（2）用同樣的方法測出k??1的綠光譜線的角位置。由式1??(?2??1??2'??1')計(jì)算衍射角?。

43.將綠光波長?綠?5461A和衍射角?代人式(1)中，求出光柵常數(shù)d。

（三）用光柵測雙黃光的波長

（1）用上述同樣的方法分別測出汞燈兩條黃光k??1和k??1的角位置，求出兩條黃光譜線的衍射角。

（2）將光柵常數(shù)d和衍射角?代人式(1)中，計(jì)算兩條黃光譜線的波長?。

五．關(guān)于分光計(jì)讀數(shù)的說明。1）最小分度值1'

2）讓學(xué)生回憶游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，讀出分光計(jì)的角度值。2）如果一游標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中經(jīng)過了0刻度線，應(yīng)如何取值？ 3）為什么通過兩個(gè)游標(biāo)讀數(shù)可以消除儀器的偏心差？（可以讓學(xué)生在課后推導(dǎo)）

?

第四篇：實(shí)驗(yàn)21用邁克爾遜干涉儀測光波波長和波長差

用邁克爾遜干涉儀測光波波長和波差

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路】 通過用邁克爾遜干涉儀測定光波的所要測定的數(shù)據(jù)，然后通過??

2?d 和???用逐差法求得光的波長和波長差。2?dN2【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)其調(diào)節(jié)方法。

2．測量鈉光的波長和鈉雙線的波長差。

3．練習(xí)用逐差法處理實(shí)鈉光D雙線的波長差驗(yàn)數(shù)據(jù)。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

邁克爾遜干涉儀，鈉燈，毛玻璃屏。

【實(shí)驗(yàn)原理】

1．邁克爾遜干涉儀

圖1是邁克爾遜干涉儀實(shí)物

圖。圖2是邁克爾遜干涉儀的光路

示意圖，圖中M１和M２是在相互

垂直的兩臂上放置的兩個(gè)平面反

射鏡，其中M１是固定的；M２由精

密絲桿控制，可沿臂軸前、后移動(dòng)，移動(dòng)的距離由刻度轉(zhuǎn)盤(由粗讀和

細(xì)讀2組刻度盤組合而成)讀出。

在兩臂軸線相交處，有一與兩軸成45°角的平行平面玻璃板G１，它的第二個(gè)平面上鍍有半透（半反

射）的銀膜，以便將入射光分成振

幅接近相等的反射光⑴和透射光

⑵，故G１又稱為分光板。G２也是平行平面玻璃板，與G１平行放置，厚度和折射率均與G１相同。由于它補(bǔ)償了光線⑴和⑵因穿越

G１次數(shù)不同而產(chǎn)生的光程差，故稱為補(bǔ)償板。

從擴(kuò)展光源S射來的光在G１處分成兩部分，反射光⑴經(jīng)G１

反射后向著M２前進(jìn)，透射光⑵透過G１向著M１前進(jìn)，這兩束光分別在M２、M１上反射后逆著各自的入射方向返回，最后都達(dá)到E處。因?yàn)檫@兩束光是相干光，因而在E處的觀察者就能夠看到干涉條紋。

由M１反射回來的光波在分光板G１的第二面上反射時(shí)，如同平面鏡反射一樣，使M１在M２附近形成M１的虛像M１′，因而光在邁克爾遜干涉儀中自M２和M１的反射相當(dāng)于自M２和M１′的反射。由此可見，在邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉與空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉是等效的。

當(dāng)M２和M１′平行時(shí)(此時(shí)M１和M２嚴(yán)格互相垂

直)，將觀察到環(huán)形的等傾干涉條紋。一般情況下，M１和M２形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的干涉條紋(等厚干涉條紋)。

2．單色光波長的測定

用波長為λ的單色光照明時(shí)，邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的環(huán)形等傾干涉圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差，而由M２和M１反射的兩列相干光波的光程差為

Δ＝2dcos i(1)

其中i為反射光⑴在平面鏡M２上的入射角。對于第k條紋，則有

2dcos iｋ＝kλ(2)

當(dāng)M２和M１′的間距d逐漸增大時(shí)，對任一級(jí)干涉條紋，例如k級(jí)，必定是以減少cosiｋ的值來滿足式(2)的，故該干涉條紋間距向iｋ變大(cos iｋ值變小)的方向移動(dòng)，即向外擴(kuò)展。這時(shí)，觀察者將看到條紋好像從中心向外“涌出”，且每當(dāng)間距d增加λ/2時(shí)，就有一個(gè)條紋涌出。反之，當(dāng)間距由大逐漸變小時(shí)，最靠近中心的條紋將一個(gè)一個(gè)地“陷入”中心，且每陷入一個(gè)條紋，間距的改變亦為λ/2。

因此，當(dāng)M2鏡移動(dòng)時(shí)，若有N個(gè)條紋陷入中心，則表明M２

相對于M１移近了

?

?d?N?

2(3)

反之，若有N個(gè)條紋從中心涌出來時(shí)，則表明M２相對于M１

移遠(yuǎn)了同樣的距離。

如果精確地測出M２移動(dòng)的距離Δd，則可由式(3)計(jì)算出入射光波的波長：

??

3．測量鈉光的雙線波長差Δλ

鈉光2條強(qiáng)譜線的波長分別為λ１＝589.0 nm和λ２＝589.6 nm，移動(dòng)M２，當(dāng)光程差滿足兩列光波⑴和⑵的光程差恰為λ１的整數(shù)倍，而同時(shí)又為λ２的半整數(shù)倍，即

Δk１λ１＝(k２＋)λ２

這時(shí)λ１光波生成亮環(huán)的地方，恰好是λ２光波生成暗環(huán)的地方。如果兩列光波的強(qiáng)度相等，則在此處干涉條紋的視見度應(yīng)為零(即條紋消失)。那么干涉場中相鄰的2次視見度為零時(shí)，光程差的變化應(yīng)為

ΔL＝kλ１＝(k＋1)λ２(k為一較大整數(shù))

由此得

λ

于是

Δλ=λ１－λ２＝＝

式中λ為λ１、λ２的平均波長。

對于視場中心來說，設(shè)M２鏡在相繼2次視見度為零時(shí)移動(dòng)距離為Δd，則光程差的變化ΔL應(yīng)等于2Δd，所以

１

2?dN

－λ

２

＝＝

???

?

2?d(4)

對鈉光＝589.3 nm，如果測出在相繼2次視見度最小時(shí)，M２

鏡移動(dòng)的距離Δd ,就可以由式(4)求得鈉光D雙線的波長差。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】

1．觀察擴(kuò)展光源的等傾干涉條紋并測波長 ①點(diǎn)燃鈉光燈，使之與分光板G１等高并且位于沿分光板和M１

鏡的中心線上，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使M１鏡距分光板G１的中心與M１鏡距分光板G１的中心大致相等(拖板上的標(biāo)志線在主尺3.2 cm 位置)。

②在發(fā)射光源時(shí)，用眼睛透過G１直視M２鏡，可看到2組十字叉絲像。細(xì)心調(diào)節(jié)M１鏡后面的 3 個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，使 2 組十字叉絲像重合，如果難以重合，可略微調(diào)節(jié)一下M２鏡后的3個(gè)螺釘。當(dāng)

2組十字叉絲像完全重合時(shí)，在毛玻璃上，將看到有明暗相間的干涉圓環(huán)，若干涉環(huán)模糊，可輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使M２鏡移動(dòng)一下位置，干涉環(huán)就會(huì)出現(xiàn)。

③再仔細(xì)調(diào)節(jié)M１鏡的2個(gè)拉簧螺絲，直到把干涉環(huán)中心調(diào)到視場中央，并且使干涉環(huán)中心隨觀察者的眼睛左右、上下移動(dòng)而移動(dòng)，但干涉環(huán)不發(fā)生“涌出”或“陷入”現(xiàn)象，這時(shí)觀察到的干涉條紋才是嚴(yán)格的等傾干涉。

④測鈉光D雙線的平均波長。先調(diào)儀器零點(diǎn)，方法是：將微調(diào)手輪沿某一方向(如順時(shí)針方向)旋至零，同時(shí)注意觀察讀數(shù)窗刻度輪旋轉(zhuǎn)方向；保持刻度輪旋向不變，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，讓讀數(shù)窗口基準(zhǔn)線對準(zhǔn)某一刻度，使讀數(shù)窗中的刻度輪與微調(diào)手輪的刻度輪相互配合。

⑤始終沿原調(diào)零方向，細(xì)心轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪，觀察并記錄每“涌出”或“陷入”50個(gè)干涉環(huán)時(shí)，M１鏡位置，實(shí)驗(yàn)過程中要注意防震，連續(xù)記錄6次。

⑥用逐差法求出鈉光D雙線的平均波長，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較

2．測定鈉光D雙線的波長差

①以鈉光為光源調(diào)出等傾干涉條紋，先觀察條紋隨著手輪轉(zhuǎn)動(dòng)的變化情況，再開始實(shí)鈉光D雙線的波長差驗(yàn)。

②移動(dòng)M２鏡，粗動(dòng)手輪和微動(dòng)手輪配合轉(zhuǎn)動(dòng)，使視場中心的視見度最?。l紋最不清晰），記錄M２鏡的位置；沿原方向繼續(xù)移動(dòng)M２鏡，粗動(dòng)手輪和微動(dòng)手輪配合轉(zhuǎn)動(dòng)，使視場中心的視見度由最小到最大直至又為最小，再記錄M２鏡位置，連續(xù)測出6個(gè)視見度最小時(shí)M２鏡位置。

③用逐差法求Δd的平均值，計(jì)算D雙線的波長差。

【數(shù)據(jù)表格】

1．觀察擴(kuò)展光源的等傾干涉條紋并測波長

測量次數(shù)（I）2 3

di（10-5mm）Δdi=∣di-di-1∣(10-5mm)

平均值

Δd=

2．測定鈉光D雙線的波長差。

測量次數(shù) M2位置x/mm

【數(shù)據(jù)處理】

（1）用逐差法求波長差而??589.3nm。

???????????????????????

??2?d通過公式?可以求得又因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)差：E0??100%，N?

這樣就可以計(jì)算出它的標(biāo)準(zhǔn)差了。

（2）用逐差法求鈉光D雙線的波長差

通過公式???

??

?????????????????????2

2?d

求得??

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】

??（）nm;???（）nm;E0?()

【思考題】

１．定域干涉與非定域干涉的區(qū)別？ ２．提出減少誤差的方法。

【心得體會(huì)】

第五篇：《目測法測透射光柵常數(shù)》實(shí)驗(yàn)提要

實(shí)驗(yàn)15《目測法測透射光柵常數(shù)》實(shí)驗(yàn)提要

實(shí)驗(yàn)課題及任務(wù)

《目測法測透射光柵常數(shù)》實(shí)驗(yàn)課題任務(wù)是，給定一個(gè)光柵和光源(如汞燈、鈉燈或激光器等)，根據(jù)光源的已知光譜，在沒有分光計(jì)和其它測量儀器的情況下，僅利用米尺和自制實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)合直接目視法，測量透射光柵的光柵常數(shù)。該實(shí)驗(yàn)還可以已知光柵常數(shù)測量未知譜線的波長。

學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)出《目測法測透射光柵常數(shù)》的整體方案，內(nèi)容包括：(寫出實(shí)驗(yàn)原理和理論計(jì)算公式；選擇測量儀器；研究測量方法；寫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟。)然后根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，記錄數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，也可按書寫科學(xué)論文的格式書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

設(shè)計(jì)要求

⑴ 通過在實(shí)驗(yàn)室用目測的方式觀察光柵的衍射現(xiàn)象，繪制出光路圖，通過對光路圖的分析，找出光柵方程與光路圖中的那些物理量(即待測量的物理量)有關(guān)，根據(jù)光柵方程和待測物理量的關(guān)系推導(dǎo)出計(jì)算公式，寫出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。(注：這一步是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在，得先到實(shí)驗(yàn)室觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，繪制出光路圖，分析論證，找出規(guī)律，才能寫出實(shí)驗(yàn)原理。)

⑵ 選擇實(shí)驗(yàn)測量儀器，僅限于光柵、米尺(10m/0.005m或3m/0.001m)、光源(汞燈、鈉燈或激光器)的選擇，可以自制輔助器件。

⑶ 設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，要具有可操作性。

⑷ 測量時(shí)那些物理量可以測量一次，那些物理量必須得多次測量，說明原理。⑸ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)形式表達(dá)，即用不確定度來表征測量結(jié)果的可信賴程度。實(shí)驗(yàn)儀器的選擇及提示

⑴ 光柵：實(shí)驗(yàn)室給定，光柵參數(shù)為：300/mm

⑵ 米尺：3m/0.001m或10m/0.005m任選，⑶ 光源：鈉燈、激光器.⑷ 可以自制實(shí)驗(yàn)器材，如帶刻度的條型光屏，也可以借助現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的條件。實(shí)驗(yàn)所用公式及物理量符號(hào)提示

⑴ 光柵方程:d?sin??k?(k=0、?

1、?

2、?

3、……)

式中d?a?b(其中a為光柵縫寬，b為相鄰縫間不透明部分的寬度)為相鄰狹縫之間的距離，稱為光柵常數(shù)，?為光波波長，k為衍射光譜線的級(jí)次。

⑵ 用x表示譜線到0級(jí)譜線的距離，用y表示光柵到0級(jí)譜線的垂直距離。提交整體設(shè)計(jì)方案時(shí)間

學(xué)生自選題后2~3周內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)方案并提交。提交整體設(shè)計(jì)方案，要求用紙質(zhì)版供教師修改。

思考題

⑴ 光柵與光源之間的距離多遠(yuǎn)比較合適？

⑵ 眼睛與光柵的距離對測量有沒有影響？

⑶ 光屏和光源是否一定要在一個(gè)平面內(nèi)？

⑷ 光柵與光屏的距離測量，該實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用單次測量還是多次測量？單次測量能否滿足測量精度的要求？

參考文獻(xiàn)

參閱各實(shí)驗(yàn)書籍中的夫瑯和菲衍射原理及光柵衍射原理。幾何光學(xué)，人眼睛的光學(xué)原理。