大物光栅衍射实验报告

大物光栅衍射实验报告
一、实验目的
1、观察光栅衍射现象，加深对光栅衍射原理的理解。

2、学会使用分光计测量光栅常数。

3、测定光波波长。

二、实验原理
光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝组成的光学元件。

当一束平行光垂直照射在光栅上时，会产生衍射现象。

根据光栅衍射方程：d·sinθ ＝k·λ （k ＝ 0，±1，±2，）
其中，d 是光栅常数，即相邻两狭缝间的距离；θ 是衍射角，即衍射光线与入射光线的夹角；k 是衍射级数；λ 是入射光的波长。

当 k ＝ 0 时，θ ＝ 0，对应中央明条纹。

其他各级衍射条纹对称分布在中央明条纹两侧。

三、实验仪器
分光计、光栅、汞灯、平面反射镜。

四、实验步骤
1、调整分光计
（1）粗调：调节望远镜和平行光管的俯仰调节螺钉，使望远镜和平行光管大致水平。

（2）望远镜调焦：将平面反射镜放在载物台上，通过目镜观察反射镜的像，调节目镜和物镜的焦距，使反射镜的像清晰。

（3）望远镜光轴与分光计中心轴垂直：通过“各半调节法”，使望远镜光轴与分光计中心轴垂直。

（4）平行光管调焦：将狭缝调至最清晰。

（5）平行光管光轴与分光计中心轴垂直：调节平行光管的俯仰调节螺钉，使狭缝像位于分划板的中央。

2、放置光栅
将光栅放在载物台上，使光栅平面与入射光垂直。

3、测量光栅常数
（1）观察衍射条纹：点亮汞灯，将望远镜对准平行光管，通过望远镜观察光栅衍射条纹。

（2）测量衍射角：选择左右两侧的 k ＝ ±1 级衍射条纹，分别测量其衍射角。

转动望远镜，使叉丝与衍射条纹的中心重合，读取左右两个游标读数，两读数之差即为衍射角。

（3）计算光栅常数：根据光栅衍射方程，计算光栅常数 d。

4、测量光波波长
选择汞灯中的某一谱线，如黄线（λ ＝ 5770nm），测量其衍射角，计算出光栅常数后，再代入光栅衍射方程，求出该谱线的波长。

五、实验数据记录与处理
1、光栅常数的测量
｜衍射级数｜游标 1 读数｜游标 2 读数｜衍射角θ ｜
｜｜｜｜｜
｜＋1 级｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜
｜－1 级｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜
光栅常数 d ＝（｜θ1| ＋｜θ2|）／ 2 × 180°／π × λ
2、光波波长的测量
｜谱线颜色｜游标 1 读数｜游标 2 读数｜衍射角θ ｜计算波长λ（nm）｜
｜｜｜｜｜｜
｜黄线｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜
六、实验误差分析
1、仪器误差：分光计的精度有限，可能导致测量角度存在误差。

2、读数误差：在读取游标卡尺的读数时，可能存在人为的读数偏差。

3、光栅放置误差：光栅平面未完全与入射光垂直，会影响衍射角的测量。

七、实验注意事项
1、分光计的调节是实验成功的关键，要耐心细致地进行调节。

2、测量时要注意消除视差，确保读数准确。

3、汞灯在使用过程中温度较高，避免烫伤。

八、实验总结
通过本次大物光栅衍射实验，我们直观地观察到了光栅衍射现象，深入理解了光栅衍射的原理。

同时，通过实验操作和数据处理，我们掌握了分光计的使用方法，提高了实验技能和数据处理能力。

在实验过程中，我们也认识到了误差的来源和减小误差的方法，这对于今后的实验研究具有重要的意义。

总之，本次实验让我们对光学中的光栅衍射有了更深刻的认识和理解，为进一步学习和研究光学相关知识打下了坚实的基础。