如果人射光不是单色，则由上式可以看出，光的波长不同，其衍射角也各不相同，于是复色光将被分解，而在中央 k =0、 ψ =0 处，各色光仍重叠在一起，形成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布着 k=1，2，3，?级光谱 ，各级光谱 线都按波长大小的顺序依次 排列成一组彩色谱线，这样就把复色光分解为单色光。如果已知光栅常数，用分光计测出 k 级光谱中某一明条纹的衍射角ψ，即可算出该明条纹所对应的单色光的波长λ。 实验步骤 (1) 调整分光计的工作状态，使其满足测量 条件。

(2) 利用光栅衍射 测量汞灯在可见光范 围内几条谱线的波长。

① 由于衍射光谱在中央明条纹两侧对 称地分布，为了提高测量的准确度，测量第k级光谱时 ，应测出 +k级和-k 级光谱线的位置，两位置的差值之 半即为实验时 k取1 。 ② 为了减少分光计刻度盘的偏心误差，测量每条光谱线时 ，刻度盘上的两个游标都要读数 ，然后取其平均值 (角 游标的读数方法与游 标卡尺的读数方法基本一致)。 ③ 为了使十字丝对准光谱线，可以使用望远镜微调螺钉12来对准。

④ 测量时，可将望远 镜置最右端，从 -l 级到 +1 级依次测量，以免漏测数据。 数据处理 左1级 1级

φ 游标 ／nm λ／nm e (k=-1) l(明)

20.258°579.0 0.33％ 右

2(明) 20.158°577.9 0.45％ 右

(明) 左

19.025°546.1 0.51％ 右

(1) 与公认值比较 (明) 左 15.092°435.8 0.44％ 右

λ为公认值。

(2) 计算 出紫色谱线波长 的不确定度 ?

差 e0 x λ 0 其中 ? ? +

(a b)sin ? u ? ? = a + ?

u(λ) = ? ( b) | cos? | u( ) ?? ( ) ? ? 1 ? π

= 3 3=0.467nm ; u =23u(λ) =0.9 nm . 600 3 cos15 60 180 092

最后结果为: λ=(433.9±0.9) nm 1. 当用钠光(波长λ=589.0nm)垂直入射到 1mm 内有 500 条刻痕的平面透射光栅上时，试问最多能看到第几级光谱?并 请说明理由。 答：由(a+b)sinφ=kλ 得 k={(a+b)/λ}sinφ∵φ最大为 90o 所以 sinφ=1 又∵a+b=1/500mm=2*10m， λ=589.0nm=589.0*10m

∴k=2*10/589.0*10=3.4 最多只能看到三级光谱。 -6 -9 -6 -9 ?

2. 当狭缝太宽、太窄时将会出现什么现象?为什么? 答：狭缝太宽，则分辨本领将下降，如两条黄色光谱线分不开。 狭缝太窄，透光太少，光线太弱，视场太暗不利于测量。

3. 为什么采用左右两个游标读数?左右游标在安装位置上有何要求? 答：采用左右游标读数是为了消除偏心差，安装时左右应差 180o\?0x3.光电效应 实验目的

(1) 观察光电效现象,测定光电管的伏安特性曲线和光照度与光电流关系曲线;测定截止电压,并通过现象了解其物 理意义。

(2) 练习电路的连接方法及仪器的使用 ; 学习用图像总结物理律。 实验方法原理

(1) 光子打到阴极上 ,若电子获得 的能量 大于 逸出 功时则会 逸出 ，在电场力的作用下向 阳极 运动而形成正向 电流 。在 没达到饱和前 ，光电流与电压成线性关系 ,接近饱和时呈非线性关系 ,饱和后电流不再增加 。

(2) 电光源发光后 ,其照度随距光源的距离的平方成 (r 2 )反比即光电管得到的光子数与 r2成反比,因此打出的电子 2

数也与 r 成反比,形成的饱和光电流 也与 r2成反比,即 i ∝r-2。

(3) 若给 光电管接反向电压 u 反，在 eu反 < mv/ 2=eu时(v为具有最大速度的电子的速度 ) 仍会有电子移动

到阳极而形成光电流 ，当继续增大 电压 u反，由于电场力做负功使 电子减速 ，当使其到达 阳极前速度刚好为零 时 u反=us， 此时所 观察 到的 光电流为零 ，由此 可测 得此光电管在当前光源下的截止电压 u。 实验步骤 max s max s

(1) 按讲义中的电路原理图连接好实物电路图； (2) 测光电管的伏安特性曲线： ① 先使正向电压加至30伏以上，同时使光电流达最大（不超量程）， ② 将电压从0开始按要求依次加大做好记录； (3) 测照度与光电流的关系：

① 先使光电管距光源20cm处，适当选择光源亮度使光电流达最大(不超量程)； ② 逐渐远离光源按要求做好记录； 实验步骤

(4) 测光电管的截止电压： ① 将双向开关换向； ② 使光电管距光源20cm处，将电压调至“0”， 适当选择光源亮度使光电流达最大（不超量程），记录此时的光 电流i，然后加反向电压使光电流刚好为“0”，记下电压值u； ③ 使光电管远离光源（光源亮度不变）重复上述步骤作好记录。 0 s

(1) u /v -0.6 4 0 1.0 2.0 4

4.0 16.8 5 35.0 8 6.0 18.7 8 40.0 6 8.0 19.9 0 50.0 4 1.51 10.0 19.9 60.0 3 0.87 20.0 19.9 4

30.0 19.9 5 70.0 2 0.53 40.0 19.9 7 80.0 15 0.32 (2) l /cm 1/l 2

20.0 5 25.0 6 30.0 1 0 -10 10 20 30 40 50

伏安特性曲线 照度与光电 流曲线

(3) 零电压下的光电流及截止电压与照度的关系l /cm i/μa 20.0 1.96

30.0 1.06 0.65 35.0 0.85 0.66 40.0 0.64 0.62 50.0 0.61 0.64 60.0 0.58 0.65 70.0 0.55 0.63 答：临界截止 u/v s0.64

25.0 1.85 0.63

1. 临界截止电压与照度有什么关系?从实验中所得的结论是否同理论一致?如何解 释光的波粒二象性? 电压与照度无关，实验结果与理论相符。

光具有干涉、衍射的特性，说明光具有拨动性。从光电效应现象上分析，光又具有粒子性，由爱因斯坦方程来描 述：hν=(1/2)mvmax+a。 2

2. 可否由 u′ ν曲线求出阴极材料的逸出功?答：可以。由爱因斯坦方程 hυ=e|u|+hυ可求出斜率δus/δυ=h/e s s o

和普朗克常数，还可以求出截距（h/e）υ，再由截距求出光电管阴极材料的红限 oυ，从而求出逸出功 a=hυo。 o

4.光的干涉—牛顿环 实验目的

(1) 观察等厚干涉现象及其特点。

(2) 学会用干涉法 测量透镜的曲率半径与微小厚度。 实验方法原理 利用透明薄膜 (空气层 )上下表面对人射光的 依次反射，人射光的振幅将分成振幅不同且有

一定光程差的两部分， 这是一种获得相干光的重要途径。由于两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，同一条干涉条纹所 对应的薄膜厚度相同，这就是等厚干涉。将一块曲率半径 r 较大 的平凸透镜的凸面置 于光学平板玻璃上，在透镜的凸

面和平板玻璃的上表面间就形成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。当平 行的单色光垂直入射时， 入射光将在此薄膜上下两表面依次反射，产生具有一定光程差的两束相干光。因此形成以接触点为中心的一系列明暗交

替的同心圆环——牛顿环。透镜的曲率半径为： r = dm dn ? ?

4(m n)λ 4(m n) 实验步骤 λ

(1) 转动读数显微镜的测微鼓轮 ，熟悉其读数方法 ；调整目镜，使十字叉丝清晰，并使其水平线与主尺平行 (判断的 方法是：转动读数显微镜的测微鼓轮，观察目镜中的十字叉丝竖线与牛顿环相切的切点连线是否始终与移动方向平行)。

(2) 为了避免测微鼓轮的网程(空转)误差，在整个测量过程中，鼓轮只能向一个方向旋转。应尽量使叉丝的竖线对准暗 干涉条纹中央时才读数。 (3) 应尽量使叉丝的竖线对准暗干涉条纹中央时才读数。 (4) 测量时，隔一个暗环记录一次数据。

(5) 由于计算 r 时只需要知道环数差 m-n，因此以哪一个环作为第一环可以任选，但对任 一暗环其直径必须是对 应的两切点坐标之差。 环的级数 ％

1 8 21.862 27.970 22.881 4.084 16 22.041 27.811 23.162 3.561 环的位置 ／mm 环的位置 ／mm 环的直径／mmc 2 m 2 n 2 2 =0.6％ r y ( ) = r

? u( ) ? u( ) ? ? u( ) ? = ?y ??+m ? n ? + m ? n ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? + 3 ?8

? 20.6? 8.910 ? 35 u r

u( r) = r) =5.25mm；u = 23 u(r) = 11 mm r