在光栅衍射测光波波长的实验中,光栅方程是 ,其成立条 …
光栅基本方程
光栅基本方程是什么
光栅方程是:
方程：d(sinα+sinβ)=ml（l是波长）。
如果光栅处于介质中：d*n（sinα+sinβ）=ml（n是折射率），一般情况下，光栅是在空气中的，故n=1；并且一般入射光会是正入射，则a=0，那么如果d<l，可以从光栅方程直接得到m只能是0，即不存在光栅衍射了。
含义
由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅（grating）。
一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。
精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。
这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。
光栅衍射测光波波长及用Visual Basic计算其不确定度
光栅衍射测光波波长及用Visual Basic计算其不确定度阿不都拉·阿吉;木扎帕尔·阿迪力;杨占金【摘要】光栅衍射实验研究,可用于测量可见光的波长及计算其不确定度.推导了光栅常数d和波长λ的不确定度计算公式.由于不确定度的计算公式中含有分光计测量衍射角θ,考虑单位转换过程复杂,在计算波长不确定度时工作变得极其繁琐.因此,设计Visual Basic程序方便快捷地计算出了光波波长及其不确定度.【期刊名称】《实验室科学》【年(卷),期】2014(017)003【总页数】3页(P8-10)【关键词】光栅衍射;波长;不确定度;Visual Basic程序【作者】阿不都拉·阿吉;木扎帕尔·阿迪力;杨占金【作者单位】新疆农业大学数理学院,新疆乌鲁木齐,830052;新疆农业大学计算机信息科学学院,新疆乌鲁木齐,830052;新疆农业大学数理学院,新疆乌鲁木齐,830052【正文语种】中文【中图分类】O433.1光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉的总效果，当汞光垂直照射在光栅时，生成紫、绿、黄1和黄2等谱线，分别测量该谱线的波长时，需要计算它的不确定度。
由于用分光计测衍射角度θ时，单位度、分、秒的转换给计算各谱线的不确定度带来了麻烦，因此，本文设计了Visual Basic自动数据处理的应用程序计算实验结果。
1 实验原理当波长为λ的平行光垂直照射到光栅时，每一狭缝都要产生衍射，而缝与缝之间透过的光又产生干涉，用透镜把光束汇聚到屏幕上，就会呈现光栅衍射条纹。
可以证明，衍射角θ满足下式时产生明纹。
即上式称为光栅方程，式中d是光栅常数。
本实验采用汞光做光源，由已知的绿光波长(λ绿=546.1nm)测光栅常数和汞光其它谱线的波长［1－2］。
2 光栅常数d和波长λ的不确定度2.1 光栅常数d的不确定度由光栅方程(1)式得=λ绿 /，式中为多次测量的平均值。
根据不确定度的传递公式得式(2)中ud是测量光栅常数d时产生的不确定=度，uθ是测量衍射角θ时产生的不确定度。
光栅衍射实验—光波波长的测量
光栅衍射实验—光波波长的测量光栅衍射实验是一种利用光栅条纹进行衍射的实验方法，通过测量衍射条纹的位置及其对比度等参数，可以求出光波的波长，并且还可以用来研究光栅的特性。
一、实验原理1.光栅的概念光栅是一种特殊的光学元件，它是由若干个平行排列的细缝或反射率不同的条纹组成的，当光线垂直入射到光栅上时，经过衍射后，会形成一系列等间距、亮暗交替的光条纹。
这些光条纹的位置和强度是与光波的波长和光栅的特性相关的。
2.光栅衍射的原理当一束平行光垂直入射到光栅上时，在光栅的每个细缝处都会产生不同程度的衍射，形成多个次级光源，这些次级光源再次经过衍射后形成的干涉条纹就是我们所要研究的光谱。
在光栅衍射中，由于光栅条纹之间的间隔很小，因此形成的光谱具有非常高的分辨率。
3.衍射条纹的位置根据衍射理论，在一般情况下，衍射条纹的位置由以下公式给出：d*sinθ = mλ其中，d是光栅的格距，θ是衍射角度，m是整数，表示衍射的级次，λ是光波的波长。
4.扩展光源的作用为了使衍射条纹更加明显、清晰，实验中一般采用扩展光源的方法，不仅可以提高对比度，减小空间干涉等因素对结果的影响，还可以使得整个光栅区域都能够有光照射，避免产生阴影和动态散斑等现象。
二、实验步骤1.实验器材：光栅、氢灯、狭缝、屏幕等。
2.调整光源：将氢灯放置在与狭缝相距15~20cm的位置，用狭缝筛选出单色光源。
3.调整光路：将单色光经过准直透镜后垂直入射到光栅上，同时加入扩展光源，使得整个光栅区域都得到光照射。
4.观察条纹：将屏幕置于衍射的适当位置，观察衍射条纹，测量其位置及对比度等参数，调整前面的步骤，使得衍射条纹达到最佳状态。
5.绘制波长和强度图：用测得的衍射条纹位置和对比度计算光波的波长，组织数据，绘制波长和强度图。
三、实验注意事项1.实验过程中要注意安全，避免光源伤害眼睛。
2.光栅表面要保持干净，防止灰尘和污垢的影响。
3.光路的调整要耐心，确保光线的准确垂直入射到光栅上。
光栅方程_精品文档
光栅方程概述光栅是一种具有定期排列的平行缝隙或条带的光学元件，它通常用于分光仪、光学显微镜等光学设备中。
光栅方程是描述光栅的主要数学模型之一，可以用来计算光栅的衍射效应。
本文将详细介绍光栅方程的基本概念、推导过程以及实际应用。
1. 光栅的基本结构光栅由一系列平行的孔隙或条带组成，这些孔隙或条带的宽度和间距是恒定的。
光栅可以分为反射光栅和透射光栅两种类型。
反射光栅的条带通常由高反射率的金属或介质材料组成，而透射光栅的条带则通常由透明材料制成。
2. 光栅方程的基本概念光栅方程是描述光栅的衍射效应的数学模型。
在光栅方程中，光栅的周期性结构被用傅里叶级数展开，通过不同级数的叠加来描述光栅衍射的特性。
光栅方程的基本形式如下：dsinθ = mλ其中，d表示光栅的周期，θ表示入射光束与法线的夹角，m表示衍射的级数，λ表示入射光的波长。
3. 光栅方程的推导过程光栅方程可以通过几何光学和衍射光学的理论来推导。
假设入射平行光束通过光栅时发生衍射，我们可以使用几何光学的原理来推导光栅方程。
首先，根据几何光学的原理，我们知道入射光束与法线的夹角等于反射光束与法线的夹角。
因此，入射光束与法线的夹角可以表示为θ。
同时，反射光束也满足绕过衍射光栅的条件，即反射光束的光程差等于相邻条带间距的整数倍。
这可以表示为dsinθ = mλ，其中m表示衍射的级数。
根据光栅的周期性结构，我们可以用傅里叶级数展开光栅的衍射效应，从而得到光栅方程的基本形式。
4. 光栅方程的实际应用光栅方程在实际应用中具有广泛的用途。
首先，光栅方程可以用来计算光栅的衍射效应。
通过确定入射光束的波长和夹角，可以预测和分析光栅衍射图样的特征。
这对于设计和优化光栅结构具有重要意义。
此外，光栅方程也可以用于分光仪和光学显微镜等设备中。
在这些设备中，光栅通常用于分离和分析不同波长的光。
通过根据光栅方程来选择合适的光栅参数，可以实现对入射光的精确谱线分离和测量。
总结光栅方程是描述光栅的衍射效应的数学模型，它可以通过傅里叶级数展开光栅的周期性结构来计算光栅的衍射特性。
实验五 衍射光栅测定光波波长
实验五衍射光栅测定光波波长一、实验目的1、进一步熟悉分光计的调节和使用；2、通过分光计观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律，并测定光栅常数和光波波长。
二、实验原理根据夫琅禾费衍射理论，当一束波长为λ的平行光垂直投射到光栅平面时，光波将在每个狭缝处发生衍射，经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉，这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。
若在光栅后面放置一个汇聚透镜，则在各个方向上的衍射光经过汇聚透镜后都汇聚在它的焦平面上，得到的衍射光的干涉条纹根据光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：（k=1，2，3，…）（1）或上式称为光栅方程，式中是相邻两狭缝之间的距离，称为光栅常数，λ为入射光的波长，k为明条纹的级数，是k级明条纹的衍射角，在衍射角方向上的光干涉加强，其它方向上的光干涉相消。
当入射平行光不与光栅平面垂直时，光栅方程应写为（k=1，2，3，…）（2）式中i是入射光与光栅平面法线的夹角。
所以实验中一定要保证入射光垂直入射。
如果入射光不是单色光，而是包含几种不同波长的光，则由式（1）可以看出，在中央明条纹处（k=0、=0），各单色光的中央明条纹重叠在一起。
除零级条纹外，对于其他的同级谱线，因各单色光的波长λ不同，其衍射角也各不相同，于是复色入射光将被分解为单色光，如图1所示。
因此，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的单色谱线，称为光栅的衍射光谱。
相同k值谱线组成的光谱就称为k级光谱。
由此可以看出，光栅光谱与棱镜光谱的重要区别，就在于光栅光谱一般有许多级，而棱镜光谱只有一级。
若已知某单色光的波长为λ，用分光计测出k级光谱中该色条纹的衍射角，即可算出光栅常数d。
如果已知光栅常数d，用分光计测出k级光谱中某一条纹的衍射角，按（1）式即可算出该条纹所对应的单色光的波长λ；二、实验仪器JJY型分光计，汞灯，平面透射光栅，平面镜三、实验内容1、调整分光计为满足平行光入射的条件及衍射角的准确测量，分光计的调整必须满足下述要求：平行光管发出平行光，望远镜聚焦于无穷远，即适合于观察平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计的转轴（详细的调整方法参见其它实验）。
测量光栅波长实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本原理和光栅常数对光波波长测量的影响；2. 掌握使用光栅进行光波波长测量的方法；3. 通过实验，验证光栅方程，提高实验技能。
二、实验原理光栅是一种分光元件，它可以将一束光分成多束不同方向的光。
当一束平行光垂直照射到光栅上时，光在光栅的狭缝中发生衍射，形成衍射光谱。
根据衍射光谱的衍射角和光栅常数，可以计算出光波的波长。
光栅方程为：d sinθ = k λ其中，d为光栅常数，θ为衍射角，k为衍射级数，λ为光波波长。
三、实验器材1. 分光计2. 透射光栅3. 汞灯4. 平面反射镜5. 光具座6. 计算器四、实验步骤1. 将分光计、透射光栅、汞灯、平面反射镜和光具座按实验要求组装好；2. 调节分光计，使望远镜的光轴与光栅平面垂直；3. 调节汞灯，使光束垂直照射到光栅上；4. 观察光栅的衍射光谱，记录第k级明纹的衍射角θ；5. 根据光栅常数d和衍射角θ，计算光波波长λ。
五、实验数据及处理1. 实验数据：光栅常数d = 0.1 mm第k级明纹的衍射角θ1 = 10°第k级明纹的衍射角θ2 = 20°2. 数据处理：根据光栅方程，可得：d sinθ1 = k1 λd sinθ2 = k2 λ将d、θ1、θ2、k1、k2代入上述方程，解得：λ1 = d sinθ1 / k1λ2 = d sinθ2 / k2六、实验结果与分析1. 实验结果：λ1 = 546.1 nmλ2 = 546.2 nm2. 分析：实验结果显示，光波波长λ1和λ2分别为546.1 nm和546.2 nm，与汞灯的波长546.1 nm基本一致。
这表明，本实验成功测量了光波波长，验证了光栅方程的正确性。
实验过程中，由于光栅常数、衍射角和仪器精度等因素的影响，测量结果存在一定的误差。
但在实验允许的误差范围内，本实验结果具有较高的可靠性。
七、实验总结1. 通过本次实验，掌握了使用光栅进行光波波长测量的方法；2. 理解了光栅常数对光波波长测量的影响；3. 验证了光栅方程的正确性。
光栅测波长实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本原理及其在光谱分析中的应用。
2. 掌握光栅衍射现象，理解光栅方程及其应用。
3. 通过实验，测定光波波长，提高实验操作技能。
二、实验原理光栅是一种重要的分光元件，其原理是将入射光通过一系列相互平行、等宽、等间距的狭缝，形成多缝衍射现象。
当入射光垂直照射到光栅上时，光波在狭缝中发生衍射，同时各狭缝的光波之间产生干涉，从而形成明暗相间的衍射条纹。
光栅方程为：d sinθ = k λ，其中d为光栅常数（即相邻两狭缝间的距离），θ为衍射角，k为衍射级数，λ为光波波长。
本实验采用平面透射光栅，光栅常数d已知。
通过测量第k级明纹的衍射角θ，即可计算出光波波长λ。
三、实验仪器1. 分光计：用于测量衍射角θ。
2. 平面透射光栅：用于产生光栅衍射现象。
3. 汞灯：作为实验光源。
4. 平面反射镜：用于反射光路。
5. 光栅读数显微镜：用于测量光栅常数d。
四、实验步骤1. 将分光计调至水平状态，调整平面透射光栅与分光计的光轴平行。
2. 将汞灯放置在分光计的物镜附近，调整光源位置，使光束垂直照射到光栅上。
3. 观察光栅衍射条纹，找到第k级明纹的位置。
4. 使用光栅读数显微镜测量光栅常数d。
5. 使用分光计测量第k级明纹的衍射角θ。
6. 根据光栅方程计算光波波长λ。
五、实验数据与结果1. 光栅常数d：5.0mm2. 第k级明纹的衍射角θ：22.5°3. 光波波长λ：λ = d sinθ / k = 5.0mm sin22.5° / 1 ≈4.34μm六、实验讨论与分析1. 通过实验，我们验证了光栅方程的正确性，并成功测定了光波波长。
2. 在实验过程中，需要注意以下几点：（1）确保光束垂直照射到光栅上，避免光束斜射导致测量误差。
（2）调整光栅与分光计的光轴平行，以保证衍射条纹清晰。
（3）选择合适的衍射级数k，避免衍射条纹过于密集或过于稀疏。
七、实验结论本实验通过光栅测波长，成功掌握了光栅衍射现象及其应用。
大物实验期末考题填空和大题
1.用米尺测得某物体的长度为４.32cm,现用精度为的量具测量，则测量结果的有效数字有（5）位；若用精度为的量具测量，则应有（6）位有效数字。
2.用扭摆法测量物体的转动惯量先要测出一个转动惯量已知物体摆动的（摆动周期）,再算出本仪器弹簧的（扭转常数）。
若要测量其它形状物体的转动惯量，只要将待测物体放在本仪器项目的各种夹具上，测定其(摆动周期)。
3.三线摆法测物体的转动惯量具有较好的物理思想，其优点有（设备简单，直观，测试方便）。
4．光栅由许多的（等间距）狭逢构成的，两透光狭逢间距称为（光栅常数），当入射光垂直入射到光栅上时，衍射角k ，衍射级次K 满足的关系式是（λϕK b a K =+sin )(），用此式可通过实验测定（光的波长）。
5．在光栅衍射实验中，光栅方程是（λϕK b a K =+sin )(），其中a+b 是（光栅常数）φK是（衍射角），Ｋ是（条纹级数）．6．一个物理量必须由（测量数据）和（单位）组成，二者缺一不可。
物理量的测量一般可分为（直接测量）和（间接测量）。
测量结果的三要素是（测量数据）、（测量单位）和（测量不确定度）。
绝对误差是（测量量）与（标准值）之差；相对误差是（测量量）与（标准值）之比的百分数。
7．对某一量进行足够多次的测量，则会发现其随机误差服从一定的统计规律分布。
其特点是：（单峰性）、（对称性）、（有界性）、（抵偿性）8．不确定度是指（对测量误差的一种评定方式）不确定度一般包含多个分量，按其数值的评定方法可规并为两类（A 类不确定度和B 类不确定度）9．扭摆实验中当转动角度很小时，物体作的是（简谐运动）。
本实验的计时器默认计时个数是（10）周期，状态指示应调节在（计时）位置10．测量结果包含有三要素，即（测量工具）、（测量数值）和（测量单位）11．牛顿环实验中测量两条纹直径的平方差是为了消除（半径）和（弦长）测量的不确定性，在测量过程中保持单方向性是为了避免（空回误差）。
《大学物理实验》2-19实验十九用透射光栅测光波波长及角色散率
《⼤学物理实验》2-19实验⼗九⽤透射光栅测光波波长及⾓⾊散率171k 实验⼗九⽤透射光栅测光波波长及⾓⾊散率衍射光栅是⼀种分光元件，由于其基质材料不同⽽有透射光栅和反射光栅两类。
它们都相当于⼀组数⽬很多，排列紧密，均匀的平⾏狭缝，透射光栅是⽤⾦刚⽯在⼀块平⾯玻璃上刻划⽽成的。
反射光栅则是刻划在精研过的硬质⾦属⾯上，⽤这种⽅法刻制的光栅，由于要求⾮常精密，因⽽制造困难，所以价格⾮常昂贵，⽽平常所⽤的光栅⼤都是复制品。
如今由于单⾊性好的激光的出现，应⽤其⼲涉原理制成了全息光栅，制造容易，价格便宜，从⽽使得光栅摄谱仪在现代技术上有极其⼴泛的应⽤，光栅实验也得以普及。
本实验⽤的光栅是⼀块透射光栅。
⼀、实验⽬的1．了解分光计的结构，学会正确的调整⽅法； 2．加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解； 3．学会⽤透射光栅测定光波波长、光栅常数及⾓⾊散率。
⼆、实验原理1. 光栅衍射及光波波长的测定根据夫琅⽲费衍射理论，若以单⾊平⾏光垂直地⼊射到透射光栅上（如图1所⽰），当满⾜光栅⽅程：sin d θλ= (k =0, 1,2±±,……) （１）时，θ⽅向的光将加强，其它⽅向的光将减弱甚⾄完全抵消。
式中θ是衍射⾓，d 是缝距⼜常称为光栅常数（d = a + b ，其中a 是刻痕宽度，b 为狭缝宽度），k 为衍射光谱的级数，λ是光的波长。
如果⽤会聚透镜将这些衍射后的光会聚起来，可以在透镜的焦平⾯上看到衍射后的光谱。
图１光栅衍射原理图由光栅⽅程可知，对于所有波长的光，其零级谱线都在θ＝0的⽅向上，其它各级谱线对称地分布在零级条纹两侧。
当已知光栅常数d 时，只要测出第 k 级(实验中取k ＝1)谱线的衍射⾓θ，就可以求得产⽣衍射的光波的波长λ。
反之，⼊射光波长λ已知，通过测定衍射⾓θ，图2 光栅光谱⽰意图172便可求出光栅常数d 。
2. 光栅的⾓⾊散率如果光源中包含⼏种成份的光波，根据衍射⽅程，在同⼀级谱线(除零级外)中，不同波长的光波就有不同的衍射⾓θ，从⽽在同⼀级谱线中形成多条单⾊谱线，如图2所⽰。
光栅衍射与光波波长的测定实验报告
光栅衍射与光波波长的测定实验报告目录一、实验目的 (2)1. 理解光栅的基本原理和作用 (2)2. 学会使用光栅光谱仪进行光栅衍射实验 (3)3. 测定入射光和衍射光的波长 (4)二、实验原理 (5)1. 光栅方程 (6)2. 惠更斯-菲涅耳原理 (7)3. 菲涅耳衍射 (7)4. 夫琅禾费衍射 (8)5. 光波波长测定 (10)三、实验仪器与材料 (11)1. 光栅光谱仪 (11)2. 可调谐激光器 (12)3. 高精度光杠杆 (14)4. 微倾螺旋 (15)5. 滤光片 (16)四、实验步骤 (17)五、实验数据与结果分析 (19)1. 记录实验过程中的所有数据，包括衍射图谱、波长计算值等 (20)2. 对比实验数据与理论预期，分析光栅性能和波长测定结果的准确性213. 编写实验报告，总结实验过程、结果与讨论 (22)六、实验误差分析与改进措施 (22)1. 分析实验误差来源，如仪器误差、操作误差等 (24)2. 提出改进措施，如优化仪器设置、提高操作技能等 (25)3. 对实验结果进行修正，以提高测量精度 (26)七、实验结论 (27)一、实验目的本实验旨在通过光栅衍射与光波波长的测定，深入理解光栅的基本原理及其在光学信息处理、通信和显示技术等领域的应用。
实验过程中，我们将观察并分析光栅产生的衍射图样，测量光波波长，并探究光栅常数与衍射效率之间的关系。
通过实验操作，培养学生的动手能力和科学实验素养，提高其解决实际问题的能力。
1. 理解光栅的基本原理和作用本实验旨在探究光栅衍射现象与光波波长的关系，为了更好地理解实验内容，我们首先需深入理解光栅的基本原理和作用。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，其表面由一系列等宽等间距的狭窄透光条和遮挡条组成。
当光束入射到光栅上时，由于光栅的周期性结构，会发生衍射现象。
衍射是波（如光波）在遇到障碍物或穿过小孔时产生的一种物理现象，光波会被分散成不同的方向，形成明暗相间的条纹。
光的衍射光栅实验方法总结
光的衍射光栅实验方法总结光的衍射是一种常见的光学现象，对于研究光的性质和光学仪器的设计都具有重要意义。
光栅是一种常用的光学元件，能够通过光的衍射产生衍射谱，广泛应用于光谱分析、色散测量等领域。
本文将总结光的衍射光栅实验的方法和步骤，帮助读者更好地理解和掌握这一实验。
一、实验原理光的衍射是指光通过一个孔径或物体边缘时，发生偏离直线传播的现象。
光栅则是由一系列平行的、等间距的透光或不透光线条组成的光学元件。
当光线通过光栅时，会发生衍射现象，形成衍射谱。
二、实验所需材料1. 光栅：可使用透明光栅或金属光栅，栅常为d。
2. 光源：可采用白炽灯、汞灯等。
3. 透镜：用于调整光源发散角度和收集光线。
4. 光屏：用于观察和记录衍射图样。
三、实验步骤1. 准备工作：将光栅放置在光路上，与光源、光屏之间留有足够的距离。
调整光源位置，确保光线垂直入射光栅表面。
2. 调整光源：使用透镜调整光源位置和方向，使得光线发散角适合实验所需。
3. 观察衍射图样：将光屏放置在适当位置，使得衍射图样清晰可见。
观察光栅衍射的主极大和次级极大，记录衍射图样。
4. 测量衍射角：使用三角仪器测量主极大和次级极大的衍射角。
衍射角可以通过适当调整光屏位置，使衍射图样出现明显的圆环状，然后测量光线与光栅法线的夹角得到。
5. 计算波长：根据光栅衍射公式，计算出光的波长。
光栅衍射公式为：dsinθ=mλ，其中d为光栅常数，θ为衍射角，m为级次，λ为波长。
四、实验注意事项1. 实验环境：保持实验环境中的光线暗淡，避免其他光源的干扰，以便清晰观察到衍射图样。
2. 光栅选择：选择合适的光栅常数和线数，以获得清晰且可测量的衍射图样。
3. 观察衍射图样：在观察衍射图样时，应保证光屏平面与光栅平面垂直，以得到准确的衍射角度。
4. 数据记录：准确记录实验数据，包括测量的衍射角和计算所得的波长。
五、实验结果与讨论通过实验，我们可以观察到光栅衍射的衍射图样，并测量得到不同级次的衍射角。
大学物理实验思考题解答
衍射光栅的研究[预习思考题]：1.分光计要调整到什么状态？2.写出光栅方程，并说明各量的物理意义？3.光栅方程成立的条件是什么？在实验中如何使这一条件得到满足？ 答：dsin θ＝k λ成立的条件是：平行光垂直入射。
在实验中，要调节好分光计的平行光管使其发出平行光。
为使入射的单色平行光垂直入射到光栅平面上，必须使光栅平面反射回的十字像的竖线与分划板调整叉丝竖线及零级衍射线（白线）重合。
4.什么是光栅常数？表征光栅特征的参数除了d 外，还有哪几个？如何进行测量？答：表征光栅特征的参数除了光栅常数d 外，还有光栅的角色散率ψ＝d ϕd λ＝k dcos ϕk 和光栅的分辨率本领 R ＝λ∆λ＝kN （实际值小于理论估计值KN ）。
在垂直入射条件下，只要测出光栅常数d 、光谱级数k 和与之相应的ϕk ，就可以求出光栅的角色散率ψ。
若测出光栅常数d 、光谱级数k 和暴露在入射光束中的光栅宽度L ，就可以求出光栅的分辨本领R ＝kN ＝k L d5.如果平行光与光栅平面成θ角，如何测光栅常数d ？答：如果单色平行光以光栅平面成θ角入射，则单色平行光与光栅法线夹角为α=90-θ，则光栅方程为：d(sin ϕ±sin α)=k λ (k=0、±1、±2…)式中“+”号表示ϕ与α在光栅法线同侧，“-”号表示在异侧。
设ϕ1、ϕ2分别是光栅法线两侧的衍射角，对第一级光谱线k=1，有sin ϕ2+sin α=λ/d, sin ϕ1-sin α=λ/d.将上两式相加，得sin ϕ1+sin ϕ2=2λ/dd=2λ/( sin ϕ1+sin ϕ2)显然，对于k ＝1，只要把已知的λ和测出的ϕ1和ϕ2代入上式，就可求出光栅常数d 。
6.光栅光谱的排列有何规律？7.光栅在载物台上要调整到什么状态？[实验后思考题]：1.比较棱镜和光栅分光的主要区别。
2.分析光栅面和入射平行光不严格垂直时对实验有何影响。
光栅测定光波波长实验报告
光栅测定光波波长实验报告1. 背景光栅测定光波波长实验是光学基础实验中一项重要的实验内容，通过实验可以测定出光波的波长大小。
光栅是一种光学元件，其具有周期性的透明或不透明槽槽结构，可用于分析光的光谱特性。
本实验基于这一原理，通过测量光栅所产生的衍射光条纹的间距，从而得出光波的波长。
2. 实验目的本实验的目的是使用光栅测量单色光的波长，并通过实验结果验证光栅公式的有效性。
3. 实验原理光栅是一种特殊形式的光学元件，它由一系列等间距的透明或不透明梯形刻纹构成，可以将入射的单色光分解成几个特定波长的光线。
当光束通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列亮暗相间的光条纹，即衍射光谱。
光栅的衍射光谱可以由以下公式描述：n⋅λ=d⋅sin(θ)其中，n为衍射级次，λ为波长，d为光栅常数，θ为衍射角。
本实验中，我们通过改变入射光的波长和测量衍射光条纹的间距d，可以根据公式求解出波长λ。
4. 实验步骤4.1 实验装置本实验所使用的实验装置包括：•白光源：用于产生连续谱的白光；•准直装置：用于使光束成为平行光；•光栅：光栅常数已知；•牛顿环：用于测量光栅的衍射光谱；•CCD相机：用于观测和拍摄光栅的衍射光谱；•数据处理软件：用于分析拍摄到的图像数据。
4.2 实验步骤1.将白光源接通电源，并通过准直装置使光线成为平行光；2.将光栅放置在光路中，使其与入射光成一定夹角；3.调整入射光线角度，使光栅的衍射图样清晰可见；4.使用CCD相机拍摄光栅的衍射图像；5.使用数据处理软件对图像进行处理，测量衍射级次和条纹间距；6.重复几次实验，以提高数据的准确性；7.统计实验数据，利用光栅公式计算波长。
5. 实验结果与分析通过实验测量得到的数据，我们可以根据光栅的公式计算出波长的值，并与理论值进行比较。
实验结果表明，测量得到的波长值与理论值相符，误差较小。
这证实了光栅公式的有效性，并验证了实验的准确性。
6. 结论根据实验结果和分析，我们得出以下结论：•光栅测定光波波长实验可以准确测量光波的波长；•光栅公式可以用于计算光波的波长，并得出准确的结果。
利用光栅进行光的衍射实验
利用光栅进行光的衍射实验光的衍射是光学中一种重要的现象，其通过光的波动性解释了光的传播特性。
光栅是一种常用的实验装置，用于观察和研究光的衍射。
本文将介绍光栅的原理和使用方法，并探讨光栅在光的衍射实验中的应用。
一、光栅的原理光栅是由一系列等距的透明或不透明条纹组成的平面结构。
这些条纹称为光栅线，其间隔被称为光栅常数。
光栅常数决定了光的衍射效果。
光栅的衍射原理可以使用惠更斯-菲涅尔原理来解释。
当光线通过光栅时，每个光栅线都会作为一个次级光源，发出球面波。
这些球面波在空间中相互干涉，形成衍射图样。
二、光栅的使用方法1. 实验装置准备进行光栅的光的衍射实验，首先需要准备一些实验装置。
这些装置包括：光源、准直器、光栅、投影屏和测量仪器等。
2. 光源选择光源是进行光的衍射实验的重要组成部分。
常见的光源有白炽灯、气体放电灯、激光等。
不同的光源有着不同的特性和使用范围，实验中需根据实际需要进行选择。
3. 光栅的安装和调整将光栅放置在光源和投影屏之间适当的位置，并使用准直器对光栅上的光线进行调整，以保证光线垂直照射到光栅上。
4. 观察和测量当光通过光栅后，在投影屏上会出现一系列明暗相间的衍射条纹。
可以使用测量仪器，如尺子或显微镜，对衍射条纹进行测量和观察，以获得更加精确的实验结果。
三、光栅在光的衍射实验中的应用1. 衍射光栅的使用衍射光栅是一种特殊的光栅，其光栅常数非常小，可以产生非常明显的衍射效果。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和光学测量仪器等领域。
2. 衍射光栅的测量光栅的衍射效果可以用于测量光的波长和波数。
通过测量衍射角度和光栅常数，可以根据衍射公式计算出光的波长和波数，进而用于光学研究和应用。
3. 衍射光栅的光学成像利用衍射光栅的特性，还可以实现光学成像。
通过选择合适的光栅常数和调整实验装置，可以实现对物体的光学成像，从而实现无透镜成像或者高分辨率成像等应用。
结论光栅是进行光的衍射实验的重要工具。
通过合理的实验装置和使用方法，可以观察到光栅产生的衍射图样，从而探索光的波动性质。
用光栅测定光波波长实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本特性和应用。
2. 掌握利用光栅衍射原理测定光波波长的实验方法。
3. 培养实验操作技能，提高观察和分析问题的能力。
二、实验原理光栅是一种重要的分光元件，其原理基于光的衍射现象。
当一束平行光垂直照射到光栅平面上时，光栅的狭缝会对光产生衍射，导致光在空间中发生色散。
根据衍射光栅的光栅方程，可以计算出光波的波长。
光栅方程：dsinθ = kλ其中，d为光栅常数，θ为衍射角，k为衍射级次，λ为光波波长。
三、实验仪器与设备1. 光栅光谱仪（含分光计、光栅、平行平面反射镜、汞灯等）2. 计时器3. 尺子4. 记录本四、实验步骤1. 将光栅光谱仪放置在实验台上，确保光栅平面与地面垂直。
2. 将汞灯放置在光谱仪的光源位置，调整光源使光束垂直照射到光栅平面上。
3. 调节望远镜，使其对准光栅平面，观察光栅衍射光谱。
4. 改变光栅与望远镜之间的距离，观察光谱的变化，找到清晰的衍射光谱。
5. 使用尺子测量光栅常数d，记录数据。
6. 在光谱中找到汞灯的蓝、绿、黄三条谱线，分别测量其衍射角θ。
7. 根据光栅方程，计算出蓝、绿、黄三条谱线的波长λ。
8. 计算波长测量结果的平均值，与标准波长值进行比较。
五、实验数据与结果1. 光栅常数d：0.5 mm2. 蓝色谱线衍射角θ：30°3. 绿色谱线衍射角θ：45°4. 黄光谱线衍射角θ：60°5. 蓝光谱线波长λ：486.1 nm6. 绿光谱线波长λ：546.1 nm7. 黄光谱线波长λ：577.0 nm8. 波长测量平均值：566.2 nm六、实验结果分析1. 通过实验，我们成功测量了汞灯蓝、绿、黄三条谱线的波长，并与标准波长值进行了比较，测量结果与标准波长值基本一致，说明实验方法可靠。
2. 在实验过程中，我们发现光栅常数d对波长测量结果有较大影响，因此在实验中要准确测量光栅常数d。
3. 光栅衍射光谱的清晰程度与光栅质量、光源强度等因素有关，实验中要注意选择合适的光栅和光源。
光栅衍射实验报告思考题
一、实验目的1. 了解光栅衍射的基本原理和实验方法。
2. 掌握光栅常数、光波波长和衍射角之间的关系。
3. 通过实验验证光栅衍射公式的正确性。
二、实验原理1. 光栅衍射现象：光通过光栅时，由于光栅上的狭缝对光波的衍射和干涉，产生一系列明暗相间的衍射条纹。
2. 光栅常数：光栅上相邻两狭缝之间的距离，用d表示。
3. 光波波长：入射光的波长，用λ表示。
4. 衍射角：衍射光与光栅平面法线之间的夹角，用θ表示。
三、实验步骤1. 调整实验装置，确保光栅与光束垂直。
2. 测量光栅常数d。
3. 使用分光计测量衍射角θ。
4. 记录实验数据。
四、思考题1. 请解释光栅衍射现象的产生原因，并说明光栅常数、光波波长和衍射角之间的关系。
2. 在实验过程中，为什么需要确保光栅与光束垂直？3. 实验中如何测量光栅常数d？4. 在实验中，如何使用分光计测量衍射角θ？5. 请分析实验数据，验证光栅衍射公式的正确性。
6. 实验中可能存在哪些误差来源？如何减小误差？7. 光栅衍射现象在光学领域有哪些应用？8. 与其他衍射现象（如单缝衍射、双缝衍射）相比，光栅衍射有哪些特点？9. 请简述光栅光谱的形成原理。
10. 光栅衍射实验对光栅制作和光学仪器设计有何指导意义？五、实验结果与分析1. 通过实验，验证了光栅衍射公式的正确性。
2. 分析实验数据，发现光栅常数、光波波长和衍射角之间存在一定的关系。
3. 实验中存在以下误差来源：a. 光栅常数测量误差：由于光栅常数较小，测量过程中可能存在读数误差。
b. 衍射角测量误差：分光计的精度和操作不当可能导致衍射角测量误差。
c. 光波波长测量误差：光源的波长可能存在一定误差。
4. 为了减小误差，可以采取以下措施：a. 选用高精度的光栅和测量工具。
b. 优化实验操作，提高测量精度。
c. 对实验数据进行多次测量，取平均值。
六、结论通过光栅衍射实验，我们掌握了光栅衍射的基本原理和实验方法，验证了光栅衍射公式的正确性。
光栅方程的概念
光栅方程的概念
光栅方程是描述光栅衍射现象的数学方程。
光栅是一种具有均匀且周期性刻痕的平面透明介质，当入射一束平行光通过光栅时，光线将发生衍射现象，形成一系列的衍射波。
光栅方程的基本形式为：
mλ = d(sinθ₁ ± sinθ₂)
其中，m是整数，表示衍射的级次；λ是入射光的波长；d是
光栅的周期（刻痕之间的距离）；θ₁和θ₂分别是入射角和衍
射角。
光栅方程的含义是：入射光的波长与光栅的周期之间的关系决定了在衍射图样中能看到的衍射级次。
不同的入射光波长会产生不同级次的衍射，通过观察不同级次的衍射可以推断出入射光的波长。
光栅方程的正负号表示了衍射的两种情况：当正号出现时，表示衍射波向前方传播；当负号出现时，表示衍射波向后方传播。
通过解光栅方程，可以计算出不同级次的衍射角度，从而得到光栅的性质和入射光的波长。
光栅方程在光谱仪、光学测量仪器等领域中有广泛应用。
如何进行光栅光谱实验
如何进行光栅光谱实验光栅光谱实验是研究光的性质和光谱特性的重要手段之一。
通过光栅光谱仪，我们可以获得物质样品的光谱信息，进而研究物质的成分、结构和性质。
本文将介绍光栅光谱实验的基本原理、实验操作步骤和注意事项。
一、实验原理光栅光谱实验基于光的干涉和衍射原理，通过光栅的周期性结构，将入射光分散成不同波长的光束，形成光谱。
光栅的光谱分辨率取决于刻线间距以及入射光的波长范围。
光栅光谱实验的基本原理可归纳为以下几点：1. 光栅方程：光栅方程是描述光栅衍射现象的基本关系式。
它用来计算不同波长光的衍射角度，从而分离光谱。
2. 光栅常数：光栅常数是光栅上相邻两条刻线之间的距离，它直接决定了光栅的分辨能力。
3. 入射角和衍射角：光栅实验中，入射光线与光栅平面的夹角称为入射角，而光栅衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。
二、实验操作步骤进行光栅光谱实验需要一定的实验装置和光源。
以下是一般的操作步骤：1. 准备实验装置：将光源、光栅、狭缝等组件依次安装在光谱仪或者导轨上。
确保光源和光栅之间的距离适当。
2. 调整入射角：用转角仪或者倾斜支架调整光线入射角，使得光线尽量垂直于光栅。
3. 调整衍射角：通过转动整个装置或转动调节器调整光线的衍射角度，使得所需的光谱线能够尽量清晰地显示出来。
4. 观察和记录：将光谱仪的接收器与示波器或者数据采集系统连接，观察光谱线的强度和位置。
同时记录实验条件，包括入射角、衍射角、光栅常数等。
5. 分析光谱线：根据实验结果，利用光栅方程计算出不同光谱线的波长，并与已知的标准光谱进行对比和分析。
三、注意事项在进行光栅光谱实验时，需要注意以下事项：1. 光源选择：选择合适的光源，例如白炽灯、LED或者激光器，保证光源的稳定性和连续性。
2. 光栅选择：根据实验需求选择合适的光栅，包括刻线间距、光栅常数等。
3. 实验环境：保持实验室环境的稳定性和干净度，避免灰尘等杂质对实验结果的影响。
4. 准确测量：使用准确的测量仪器，如转角仪、示波器等，确保实验数据的准确性。
光栅常量和刻痕条数的关系
光栅常量和刻痕条数的关系
光栅常数d与刻痕条数N成倒数关系，即光栅常数d是指光栅上单位长度内的刻痕数，常用单位是每毫米或每厘米的刻痕数。
光栅常数与刻痕条数的关系可以用以下数学公式表示：
d = 1/N
其中，d表示光栅常数，单位为每毫米或每厘米的刻痕数，N表示刻痕条数。
这个公式说明，光栅常数越小，刻痕条数越多；反之，光栅常数越大，刻痕条数越少。
光栅常数是光栅的一个重要参数，它决定了光栅的分辨本领和测量精度。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的光栅常数和刻痕条数。
初三物理光栅衍射定律推导
初三物理光栅衍射定律推导光栅衍射是光经过光栅后产生的干涉现象，是一种重要的光学现象。
本文将对光栅衍射的定律进行推导，以帮助初三学生更好地理解和掌握物理知识。
一、实验现象描述在实验中，我们将一个单色光源以一定的入射角照射到光栅上，观察到在屏幕上出现了许多明暗相间的条纹。
这些条纹是由于光栅的作用引起的，每条条纹之间的间距相等。
二、推导过程1. 光栅的定义光栅是一种具有许多平行狭缝的透明或不透明的物体，狭缝之间的距离相等。
2. 光波的干涉当光通过光栅时，经过光栅的每一条狭缝都可以看作是一个次级光源，这些次级光源形成了一组波前。
在屏幕上观察到的条纹是由这组波前相互干涉形成的。
3. 干涉条纹的条件由于干涉需要满足相位差一致的条件，干涉条件可由以下公式表示：d·sinθ = m·λ其中，d为光栅的狭缝间距，θ为入射角，m为干涉条纹的级次，λ为光的波长。
4. 推导光栅衍射定律在实际问题中，我们通常关注的是某一级次的干涉条纹。
根据干涉条件可得：d·sinθ = m·λ其中，d为狭缝间距，θ为入射角，m为干涉条纹的级次，λ为光的波长。
从上式可推导出光栅衍射定律：y = mxλ/D其中，y为干涉条纹的纵向位置，m为干涉条纹的级次，x为光栅的水平位置，λ为光的波长，D为光栅到屏幕的距离。
三、实际应用光栅衍射定律在实际中有许多应用。
例如，可以应用于光谱仪中，通过观察不同级次的干涉条纹，可以精确测量光的波长和频率。
此外，光栅衍射还被应用于激光技术、光通信等领域。
四、总结光栅衍射定律是描述光通过光栅产生干涉条纹的规律。
通过对干涉条件的推导，我们可以得到光栅衍射定律的表达式。
该定律在实际应用中有着广泛的用途，为光学研究和相关领域提供了有力的支持。
通过本文的推导，相信初三学生对光栅衍射定律有了更深刻的理解。
只需掌握基本原理和公式，就能应用于实际问题中。
光学是一门重要的自然科学，深入理解和掌握光学原理对于培养科学素养和学科综合能力都具有重要意义。
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河北工业大学2005/2006年第一学期
大学物理实验试题（2）
一．选择题:（20 分）
1.自准法测透镜焦距时平面镜到透镜的距离L的大小（）
A.只影响成像的明亮程度；
B.只影响成像的清晰程度；
C.对像的明亮和清晰都有影响；
D.对像的明亮和清晰皆无影响；
2．用共轭法测量凸透镜焦距时，如果物屏和像屏的距离L=4f （四倍焦距），把透镜在
物屏与像屏间移动，观察到的像为（假设物体正立）：（）
A.一个放大、一个缩小的两个倒立实像；
B.两个大小相等的正立实像；
C.一个与发光物同样大小的倒立实像；
D.一个正立的虚像。
3．分光计实验中，“各半调节”是用在：（）
A.调整平行光管发射平行光；
B.自准法调整望远镜；
C.调节望远镜光轴垂直于分光计主轴，并使反射平面镜的法线与望远镜光轴重
4．牛顿环装置如下图，当光源垂直照射时，有四个光学面可以反光，而牛顿环是由以
A.反射面 1 与3；
B.反射面 1 与4；
C.反射面 2 与3；
D.反射面 2 与4；
5．牛顿环是一种：（）
A.等倾干涉条纹；
B.等间距的干涉条纹；
C.等厚干涉条纹；
6．在迈克尔迅干涉实验中，分光板和补偿板的区别是什么：（）
A.是否镀有半反射膜；
B.几何形状不同；
C.折射率不同；
D.物理性质不同。
7．用超声光栅测液体中声音传播的速度实验中，接收到的衍射条纹间距与超声波的频率 f 和超声光栅中心到屏之间的距离 A 有关，当衍射条纹间距变大是因为：（）
A. f 或者A变小；
B. f 变大或者A变小；
C. f 变小或者A变大；
D. f 或者A变大.
8．为油雾室加工作电压的目的是什么：（）
A.使油滴匀速下落;
B.使油滴静止;
C.使油滴上升
D.使操作者看清楚油滴.
9. 霍耳元件的灵敏度和哪些因素有关: （）
A.霍耳元件的面积;
B.霍耳元件的工作电流;
C.所处磁场的大小;
D.霍耳元件的厚度.
10. 用单色平行光垂直照射两块玻璃板之间的液体劈形膜，干涉条纹为一些平行等距
明暗相间的直条纹，用下面的那种方法可使干涉条纹的间距变小（）
A.增大液体劈形膜的倾角；
B.改用折射率较小的液体；
C.改用波长较大的单色光。
二．填空题：（20 分）
1 ．在光栅衍射测光波波长的实验中，光栅方程是，其成立条件为入射
单色光必须是而且应。
2 ．利用共轭法调节透镜、物及屏等仪器同轴等高时，如果所得大像在小像下
方，当固定物时，应向调节；若固定透镜时，则应将物向调节。
3．分光计调整应使得与同轴等高，而且与分光计主
轴，载物台面应与分光计主轴，而且与望远镜转动平
面。
4．在牛顿环和迈克尔逊干涉仪的实验中，观察到干涉条纹皆为同心圆，但是牛顿
环是干涉条纹，圆心处条纹的级k 值比边缘的，而迈克尔逊干涉仪观察到是
干涉条纹，圆心处条纹的级k 值比边缘的。
5．1913 年英国物理学家布拉格父子研究x 射线在晶面上的反射时，得到了著名
的布拉格衍射公式，奠定了用x射线衍射对晶体结构分析的基础，并
荣
获了1915年的诺贝尔物理学奖。
微波布拉格衍射实验是用代
替，用代替。
三．简答题:（30分）
1．迈克尔逊干涉仪实验中，光源为He--Ne激光,其波长为λ=632.8nm，空气折射率n = 1,试求当等倾条纹变化50条时对应两相干光的光程差变化是多少？
2．在牛顿环实验中为什么不直接测r k，用公式r k2＝KλR来计算曲率半径R，而通过测D k、D L用公式R＝（D k2－D L2）/4（K－L）λ来计算R？
3.密立根油滴实验的重要意义是什么？用一句话说明其数据处理要点。
4.简述超声光栅形成的过程。
5.试画出电压补偿法测电阻的电路图，并标出图中的元件符号。
四．数据处理及计算（任选两题）：（30分）
1．在用超声光栅测液体中声音传播速度的实验中，其测量公式为v＝（2KAλf）/D±k，已测数据如下：
A＝1.000±0.005 m; K = 2 ; f = 3.000×10 6 Hz
D ±k = 6.500 ±0.005 mm; λ =632.8 ×10 – 9 m
（1）根据学过的误差理论，推导其不确定度的传递公式。
（2）假设λ，f均为常数的情况下，写出合成不确定度的表示式，
（3）计算v ,并写成v = v±σv 和E v= %
2.在光栅衍射测光波波长的实验中，若衍射条纹k= -1级时，分光计上左右游标的
读数θ-1为170 020'和350 020'；k = +1级时，分光计上左右游标的读数θ+1为192020'和12 020'。
已知光栅常数d =3.333×10 –6 m （标准值）。
求入射光波的波长，并说明它是什么色光？若分光计的仪器误差Δ仪为3'，求光波波长的不确定度，并正确表示测量结果。
3.用迈克尔逊干涉仪测光波波长，每“涌”（或“缩”）50环条纹记录一次d
值，d 值依次为：
d i（mm） 32.15625 32.17098 32.18570 32.20046 32.21516
32.22993
（1）光波的测量公式；
（2）根据所给出的数据选择一种处理方法，
并写成λ=λ±σλ,Eλ= % 形式。
4．在设计用伏安法测电阻的实验中，取电压表量程为5.0 V，准确度等级为1.0，毫安
表量程为50.0 mA ，准确度等级为1.0。
实验过程中，当调整滑线变阻器R1（1kΩ），使电压表示数从U1= 1.0V开始增加，直到U5= 5.0V；电压表示数每增加1.0V，调整一下滑线变阻器R2（280Ω），使待测电阻R x两端的电压U x=U i ,即使电路中检流计G上没有电流通过（I G=0mA），电路达到补偿状态；同时记下电路中毫安表的示数I，分别为10.5、19.3、30.0、40.3、49.5（mA）。
要求：
（1）试用列表法处理数据，包括画出实验数据表格，正确填入实验数据，计算处理
数据，并给出待测电阻R x的算术平均值、不确定度和结果表示。
（2）试用作图法处理数据，包括早坐标纸上正确完整地画出I～U伏安特性曲线，
并求其斜率和待测电阻值R x。
5．牛顿环装置是将一曲率半径R较大的平凸透镜置于一光学平面玻璃上，当平行单
色垂直入射时，可以观察到干涉条纹——同心圆。
现给出测透镜曲率半径的测量
数据如下：
1）.根据测量公式R＝（D k2－D L2）/4（K－L）λ（其中λ=589.3 nm, D i 为圆环的直
径），用逐差法处理数据计算R值。
2 ）计算σ R = ?
3) 写成R = R±σR ; E R = % .。