谱线波长的测定(光栅衍射)

补充实验3 谱线波长的测定

光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。而它的本质是因为各种元素有它们自己特定的谱线，测定光谱中各谱线的波长和相对强度，就可以确定该物质的成分及其含量。

【一】实验目的

1、观察光栅的衍射现象和光源的谱线，加深对光栅衍射的认识。

2、熟练分光计的使用。

【二】实验原理

光栅是大量等宽等间距的平行的单缝组成的光学器件可以做成透射式的，也可以做成反射式的。在透明片上刻出大量等宽等间距的平行刻痕，就构成透明光栅，刻痕部分不透明，而刻痕间就成了透明部分。透射光栅利用透明光衍射产生干涉组成光谱线。

若在金属层表面上刻上许多等宽等间距的平行刻线，就组成反射光栅，两刻线间的光滑金属面可以反射光线，产生衍射现象，衍射光线间产生干涉组成光谱线，反射光栅在光学仪器中亦得到了广泛的应用。

在本实验中采用透射光栅。按其透明部分透光情况可分为矩形光栅和正弦光栅。

光栅光谱：狭缝状单色光经过光栅衍射后，形成多级细而亮的细条纹，如果用复色光入射到光栅上，除中央细纹外，不同波长的同一级明条的角位置是不同的，并按波长次序由短到长自中央向外侧依次分开排列，每一干涉级次都有这样一组谱线，（矩形光栅形成的级次多，而正弦光栅的级次少），光栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为光栅光谱。

如图所示当光线垂直入射到光栅面上时，光栅二相邻透光狭缝对应处发出的光束在屏上P处相遇，干涉产生的明暗情况由其光程差d sinθ值决定，其明条纹条件：

d sinθ=kλ，（k=0，±1，±2，…）（*）

即相邻两缝间衍射角为θ的光束的光程差等于波长的整数倍时，在屏上将出现明条纹，k值即为光栅光谱的级次。（*）式称为光栅方程。

根据（*）式，若已知某谱线波长，通过测量其衍射角θ就可测得光栅常数。同样，若已知光栅常数d，通过测量某谱线衍射角θ就可测得其波长。本实验中所采用光栅的光栅常数d=1/300mm，要求测量低压汞灯的四条谱线的波长。

【三】实验内容

1、调整分光计（参考实验30）

a、调整望远镜的目镜。看清晰望远镜叉丝。

b、调整望远镜使之聚焦到无穷远，即可接收平行光。看清晰平面镜反射回来

的亮的小十字叉丝像。

c、调整望远镜光轴与载物台平面，使之均与分光计中心转轴垂直。

d、调整平行光管，获得平行光、线光源，并与望远镜光轴同轴。

2、将光栅放置于载物台上，设法使之与入射光垂直（为什么？如何做到？）。

3、观察复色光（低压汞灯光）的谱线，了解光栅光谱特征。

4、测量汞灯黄色双谱线，绿色谱线和紫色谱线的波长。

【四】数据记录处理

光栅常数 d＝

【五】思考题

分析光栅面和入射平行光不严格垂直时，对实验结果有何影响？