跪求大学物理演示实验报告——光学
这是以前我们写的 你看看可不可以
用透射光栅测定光波波长
08物理 杨贵宏
云南省红河学院物理系 云南 蒙自 661100
摘 要：这篇文章讲述了怎样利用透射光栅测量光波波长，以及测量时的细节，测量前的实验准备。
关键词：光栅，主极大，次极大，分光计，单色光，复色光
引言：
我们的生活离不开阳光，通常我们认为阳光是一种单色光[1]（单一波长的光）。其实，笼罩在我们周围的光线本身是复色光（由两种或两种以上的单色光组成的光线），他是由不同波长波线的单色光组成的。
广义的说，具有周期性的空间结构或光学性能（如透射率、折射率）的衍射屏，统称光栅。光栅的种类很多，有透射光栅和反射光栅，有平面光栅和凹面光栅，有黑白光栅和正弦光栅，有一维光栅，二维光栅和三维光栅，等等。此次实验所使用的光栅是利用全息照相技术拍摄的全息透射光栅光栅的表面若被污染后不易清洗，使用时应特别注意[2]。
分光计是一种能精确测量角度的光学仪器，常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，以便测量出准确的结果。
分光计主要由五个部件组成：三角底座，平行光管、望远镜、刻度圆盘和载物台。图中各调节装置的名称及作用见表1。
分光计基本结构示意图
表1 分光计各调节装置的名称和作用
代号 名称 作用
1 狭缝宽度调节螺丝 调节狭缝宽度，改变入射光宽度
2 狭缝装置
3 狭缝装置锁紧螺丝 松开时，前后拉动狭缝装置，调节平行光。调好后锁紧，用来固定狭缝装置。
4 平行光管 产生平行光
5 载物台 放置光学元件。台面下方装有三个细牙螺丝7，用来调整台面的倾斜度。松开螺丝8可升降、转动载物台。
6 夹持待测物簧片 夹持载物台上的光学元件
7 载物台调节螺丝（3只） 调节载物台台面水平
8 载物台锁紧螺丝 松开时，载物台可单独转动和升降；锁紧后，可使载物台与读数游标盘同步转动
9 望远镜 观测经光学元件作用后的光线
10 目镜装置锁紧螺丝 松开时，目镜装置可伸缩和转动（望远镜调焦）；锁紧后，固定目镜装置
11 阿贝式自准目镜装置 可伸缩和转动（望远镜调焦）
12 目镜调焦手轮 调节目镜焦距，使分划板、叉丝清晰
13 望远镜光轴仰角调节螺丝 调节望远镜的俯仰角度
14 望远镜光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使望远镜在水平面内转动
15 望远镜支架
16 游标盘 盘上对称设置两游标
17 游标 分成30小格，每一小格对应角度 1’
18 望远镜微调螺丝 该螺丝位于图14－1的反面。锁紧望远镜支架制动螺丝 21 后，调节螺丝18，使望远镜支架作小幅度转动
19 度盘 分为360°，最小刻度为半度（30′），小于半度则利用游标读数
20 目镜照明电源 打开该电源20，从目镜中可看到一绿斑及黑十字
21 望远镜支架制动螺丝 该螺丝位于图14－1的反面。锁紧后，只能用望远镜微调螺丝18使望远镜支架作小幅度转动
22 望远镜支架与刻度盘锁紧螺丝 锁紧后，望远镜与刻度盘同步转动
23 分光计电源插座
24 分光计三角底座 它是整个分光计的底座。底座中心有沿铅直方向的转轴套，望远镜部件整体、刻度圆盘和游标盘可分别独立绕该中心轴转动。平行光管固定在三角底座的一只脚上
25 平行光管支架
26 游标盘微调螺丝 锁紧游标盘制动螺丝27后，调节螺丝26可使游标盘作小幅度转动
27 游标盘制动螺丝 锁紧后，只能用游标盘微调螺丝26使游标盘作小幅度转动
28 平行光管光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使平行光管在水平面内转动
29 平行光管光轴仰角调节螺丝 调节平行光管的俯仰角
实验原理：
图1中给出几条不同缝数缝间干涉因子的曲线.为了便于比较,纵坐标缩小了 它们有以下特点：
(1)主极强峰值的大小、位置和数目
当 （ ）时， ， ，但它们的比值 ，这些地方是缝间干涉因子的主极大（多缝衍射图样中出现一些新的强度极大和极小，其中那些较强的亮线叫主极大，较弱的亮线叫次极大）。 意味着衍射角满足下列条件：
（1）
（1）式说明，凡是在衍射角满足（1）式的方向上出现一个主极大，主极大的强度是单缝在该方向强度的 倍。主极强的位置与缝数N无关。主极强的最大级别|k|d/λ。
(2)零点的位置、主极强的半角宽度和次极强的数目
当Nβ等于π的整数倍但β不是π整数倍时，sinNβ=0，sinβ≠0，这里是缝间干涉因子的零点。零点在下列位置：
sinθ=(k+m/N)λ/d （2） 其中k=0,±1,±2,…;m=1,…,N-1.
所以每个主极强之间有N-1条暗线（零点），相邻暗线间有一个次极强，故共有N-2个次极强。
半角宽度公式为： △θ=λ/Nd•cosθk。 （3）
主极强的半角宽度△θ与Nd成反比，Nd越大，△θ越小，这意味着主极强的锐度越大。反映在幕上，就是主极强亮纹越细。
上面我们只分析了缝间干涉因子的特征,实际的强度分布还要乘上单缝衍射击因子.在图1中所示 缝间干涉因子上乘以图1所示的单缝衍射因子,就得到图2[(a),(b),(c)]中所示的强度分布.从这里可以看出,乘上单缝衍射因子后得到的实际强度分布中各级说极强的大小不同,特别是刚好遇到单缝衍射因子零点的那几级主极强消失了,这现象叫做缺级.
在给定了缝的间隔d之后,主极强的位置就定下来了,这时单缝衍射因子并不改变主极强的位置和半角宽度,只改变各级主极强的强度.或者说,单缝衍射因子手作用公在影响强度在各级主极强间的分配.
如图3所示，设S为位于透镜L1物方焦面上的细长狭缝光源，G为光栅，光栅上相邻狭缝两对应之间的距离d 称为光栅常量，自L1射出的平行光垂直地照射在光栅G上。透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其像方焦面上的Pθ点,由（1）式的光栅分光原理得
（3）
上式称为光栅方程.式中θ是衍射角,λ是光波波长,k是光谱级数(k=0、±1、±2…)。衍射亮条纹实际上是光源加狭缝的衍射像，是一条锐细的亮线。当k=0时，在θ=0的方向上，各种波长的亮线重叠在一起，形成明亮的零级像。对于k的其它数值，不同波长的亮线出现在不同的方向上形成光谱，此时各波长的亮线称为光谱线。而与k 的正、负两组值相对应的两组光谱，则对称地分布在零级像的两侧。因此，若光栅常量d为已知。当测定出某谱线的衍射角θ和光谱级k，则可由(1)式求出该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的。则可求出光栅常量d 。
实验进行步骤:
1.实验时分光计调节，
（1）粗调。
A，旋转目镜手轮，尽量使叉丝和绿十字清晰。
B，调节载物台，使下方的三只螺钉的外伸部分等高，使载物台平面大致与主轴垂直（目测）。
C，调整望远镜光轴俯仰调节螺钉，使望远镜光轴尽量调成水平（目测）。
粗调应达到的要求：在载物台上放一个三棱镜。当三棱镜的一个光学面与望远镜光轴接近垂直时，应可以看到反射回来的十字像，十字像一般与分划板上的交点并不重合，至此粗调完成。
（2）细调。
A，使分光计望远镜适应平行光（对无穷远调焦），望远镜、准直管主轴均垂直于仪器主轴，准直管发出平行光。
B，使望远镜对准准直管，从望远镜中观察被照亮的准直管狭缝的像，使其和叉丝的竖直线重合，固定望远镜。参照图3放置光栅，点亮目镜叉丝照明灯（移开或关闭夹缝照明灯），左右转动载物平台，看到反射的“绿十字”，调节b2或b3使“绿十字”和目镜中的调整叉丝重合。这时光栅面已垂直于入射光。
用汞灯照亮准直管的狭缝，转动望远镜观察光谱，如果左右两侧的光谱线相对于目镜中叉丝的水平线高低不等时（如图3），说明光栅的衍射面和观察面不一致，这时可调节平台上的螺钉b1使它们一致。最终使 光栅面衍射面应调节到和观测面度盘平面一致。
2. 测光栅常量d:只要测出第k可级光谱中的波长λ已知的谱线的衍射角 ，就可以根据（3）式求出d值。
(1).调节分光计按(1)步骤
(2).调节光栅位置
(3).用汞灯照亮准直管，转动望远镜到光栅的一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第k级谱线的中心，记录二游标值。
(4). 将望远镜转向光栅的另一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第k级谱线的中心，记录二游标值。
(5).重复第4、5步两次，得到3组数据。
3.光谱级数k由自己确定，由于光栅常量d已测出，因此只要未知波长的第k级谱线的衍射角 ，就可以求出其波长值 。
以知波长可以用汞灯光谱中的绿线( nm),也可以用钠灯光谱中二黄线 )之一。
3. 测量未知波长
(1). 用汞灯照亮准直管，转动望远镜到光栅的一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第k级谱线的中心，记录二游标值。
(2).转动望远镜到光栅的一侧,使叉丝的竖直线对准以知波长的第k级谱线的中心,记录两游标值；将望远镜转向光栅的另一侧，同上测量，同一游标的两次读熟之差是衍射角 的两倍。
(3).重复第1、2步两次，得到3组数据。
实验数据：见实验数据记录表
实验数据记录表
表二 测光栅常量d实验数据
测量次序（ ）
1
2
3
表三 测量未知波长实验数据
测量次序（ ）
1
2
3
实验结果：
1．测量光栅常量
根据 ，由表二得到 的平均值
= （1）
由光栅原理 ，
因此有
又因为在此实验中 ，绿光的波线 nm，衍射角的平均值 ，因此得d的平均值
（nm） （2）
2.测量蓝紫光的波长
根据 ，由表三得到 的平均值
= （3）
由于 ，得到
又因为在此实验中 ，光栅常量 nm，衍射角的平均值 ，因此得 的平均值
（nm） （4）
参考文献:
[1]，赵凯华.新概念物理教程——光学.高等教育出版社,2004
[2]，进清理, 黄晓虹主编. 基础物理实验.浙江大学出版社2006
[3]，杨述武主编,王定兴编. 普通物理实验(光学部分).高等教育出版社,1993
印象最深的大学物理实验
一. 锥体上滚
在演示实验室,老师首先给我们演示的是锥体上滚实验。其实验原理是:能量最低原理指出:物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。本实验中在低端的两根导轨间距小,锥体停在此处重心被抬高了;相反,在高端两根导轨较为分开,锥体在此处下陷,重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理,其核心在于刚体在重力场中的平衡问题,而自由运动的物体在重力的作用下总是平衡在重力势能极小的位置。
电磁炮实验报告 大学物理演示实验报告
通过这个实验,我们知道了有时候现象和本质完全相反。
二.电磁炮
接着我们又做了电磁炮的实验。电磁炮是利用电磁力代替火药爆炸力来加速弹丸的电磁发射系统,它主要有电源、高速开关、加速装置和炮弹组成。
电磁炮实验报告 大学物理演示实验报告
根据通电线圈磁场的相互作用原理,加速线圈固定在炮管中,当它通入交变电流时,产生的交变磁场就会在线圈中产生感应电流,感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场相互作用,使弹丸加速运动并发射出去。
电磁炮实验报告 大学物理演示实验报告
我们将炮弹放入炮管中距尾部25cm左右,按下启动按钮发射了炮弹。虽然炮弹的射程很小,但我们都觉得很奇妙,做的很开心。
急求大学物理实验报告，等倾干涉，激光琴，红外接收演示，液晶光电效应，热磁轮的都可以
实验报告23 迈克尔逊干涉实验
一 实验目的
1、 了解迈克尔逊干涉仪的结构；
2、 掌握迈克尔逊干涉仪的结构；
3、 观察光的等倾干涉现象并掌握波长的方法；
4、 掌握逐差法处理数据。
二 实验仪器
He-Ne激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪
三 实验原理
迈克尔逊干涉仪的光学系统如图。它由分光板G、补偿板H、定反射镜M1和动反射镜M2组成。M1和M2互相垂直，分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻璃，它们相互平行并分别和M1、、M2成大致45度夹角，分光板的次数不同引起的光程差。来自点光源（或扩展光源）的光，入射到分光板上，分为强度相同的光线“1”和光线“2”的相干光，并分别由M1和M2反射后投射到光屏上（对于扩展光源用眼睛正对着观察）产生干涉现象。由于M1和M2垂直，可以等价地看成M2的虚象和M1形成一个厚度d为的空气隙，d的大小随M2的位置改变而改变，所以两光线的光程差可由下式确定：
（1）
式中iˊ为光线“1”对M2的入射角。当d一定时，Δ由iˊ确定，iˊ相同的方向上光程差相等，形成了等倾干涉条纹。且满足：
k=0、1、2、3…… （2）
呈亮条纹：
k=0、1、2、3…… （3）
呈暗条纹。条纹呈明暗相间的同心环，这和牛顿环干涉条纹相似，但不同的是本同心环外侧干涉级别低，越靠圆心干涉级别越高。圆心干涉级别最高。现分析一下（2）式。对于第级亮条纹，有：
（4）
当d增大时，为了保证（4）式仍成立ik‘必须也增大，即k级亮条纹往外扩大，反之，减小时，ik‘也必须减小，k级亮条纹往内缩小。特别地考虑iˊ=0（即圆心）处。满足：
（5）
时为亮条纹。那么，d增大时，中心亮条纹的级别K增大，中心往外冒出亮条纹，d减小时，中心亮条纹级别减小，亮条纹往中心收进。每当d改变 时，中心处就冒出或收进一个干涉条纹。当d改变 时，中心处就冒出或收进n个干涉条纹。根据这种现象，可以测定光波波长。
假设动镜M2原在位置D1上，现移动M2的位置，同时观察并计算中心亮条纹冒出或收进的数目，当M2移至位置D2时，相应地冒出或收进的亮条纹数目N。就有：
（6）
四、实验步骤
1、 移开扩束透镜，打开激光器电源使出射激光，调节激光方向使入射光与反射光重合。
2、 观察由M1和M2反射到屏上或墙上的两组光点，反复调节背面三个螺丝，使M1反射的光点和M2反射的光点一一对应重合。
3、 把扩束透镜置于激光束中使激光扩束后投射到分光板上，调节光照位置直到观察到屏上有同心圆。
4、 转动微动手轮观察干涉图样的变化情况，顺时针或反时针转动，观察干涉图样中心冒出或收入的情况。
五、数据记录及处理
N DN(mm) M DM(mm) DM-DN(mm)
10 44.99455 410 44.86692 0.12763
60 44.97835 460 44.85109 0.12726
110 44.96242 510 44.83525 0.12713
160 44.94655 560 44.81958 0.12697
210 44.93072 610 44.80370 0.12702
260 44.91450 660 44.78765 0.12685
310 44.89865 710 44.77175 0.12690
360 44.88280 760 44.75585 0.12695
；S=2.384×10-4 ； SC8=4.44×10-4
经查0.12763是坏值，剔除它；
重新算平均值：
；S‘=1.31×10-4； S‘C7=2.36×10-4
经查0.12726是坏值，剔除它；
重新算平均值：
； S″=8.93×10-5；S″C6=1.6×10-4
无坏值，所以
Δm=0.0001mm ；
六 注意事项
1、 使用干涉仪时不要使工作台震动；
2、 切勿用手或其他物品触摸其光学表面；
3、切勿正对着光学表面讲话。