光栅衍射实验
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。
实验五 光栅衍射实验
实验五 光栅衍射实验——光栅距的测定与测距实验（一）光栅距的测定实验目的：了解光栅的结构及光栅距的测量方法。
实验原理： 1. 光栅衍射：光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。
它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。
光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。
单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。
谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。
光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。
波在传播时，波阵面上的每个点都可以被认为是一个单独的次波源；这些次波源再发出球面次波，则以后某一时刻的波阵面，就是该时刻这些球面次波的包迹面（惠更斯原理）实验所需部件：光栅、激光器、直尺与投射屏（自备）。
实验条件：记录数据条件：在激光器发射的激光稳定后，在进行测量，记录数据。
实验步骤：1、 激光器放入光栅正对面的激光器支座中，接通激光 电源后调节上下左右位置使光点对准光栅组中点后 用紧定螺丝固定。
2、在光栅后方安放好投射屏，观察到一组有序排列的衍射光斑，与激光器正对的光斑 为中央光斑，依次向两侧为一级、二级、三级…衍射光斑。
如图20-1所示。
观察光斑的大小及光强的变化规律。
3、 根据光栅衍射规律，光栅距D 与激光波长λ、衍射距离L 、中央光斑与一级光斑的间距S 存在下列的关系：（式中单位：L 、S 为mm ，λ为nm, D 为μm） 根据此关系式，已知固体激光器的激光波长为650nm ，用直尺量得衍射距离L 、光斑距S ，即可求得实验所用的光栅的光栅距。
4、 尝试用激光器照射用做莫尔条纹的光栅，测定光栅距，了解光斑间距与光栅距的关系。
SS L D 22+=λ5、 按照光栅衍射公式，已知光栅距、激光波长、光斑间距，就可以求出衍射距离L 。
将激光对准衍射光栅中部，在投射屏上得到一组衍射光斑，根据公式求出L 。
光栅衍射实验步骤
光栅衍射实验步骤
引言：
光栅衍射实验是研究光波传播和衍射现象的重要实验之一。
通过这个实验，我们可以观察到光线通过光栅后的衍射现象，进一步了解光波的特性和传播规律。
下面将介绍光栅衍射实验的具体步骤。
实验步骤：
1. 准备工作
首先，将实验所需的光栅、光源、屏幕等器材准备齐全。
确保光源稳定亮度，屏幕清晰干净。
2. 设置实验装置
将光栅垂直放置于光源和屏幕之间。
光栅的平行条纹应与屏幕平行，并尽量使光栅与光源、屏幕之间的距离相等。
3. 调整光源位置
移动光源的位置，使得光线能够垂直照射到光栅上。
可以通过调整光源的高度或角度来实现。
4. 观察衍射现象
打开光源，观察屏幕上的衍射图样。
可以看到光栅上的平行条纹在屏幕上形成一系列明暗相间的条纹。
5. 记录实验数据
使用尺子或其他测量工具，测量屏幕上的条纹间距、条纹宽度等数据，并记录下来。
6. 分析实验结果
根据实验数据，可以计算出光栅的线数、光波的波长等重要参数。
进一步分析光栅衍射现象的规律。
7. 进一步探究
在基本实验的基础上，可以进行一些变化实验，如改变光源的颜色、改变光栅的线数等，观察衍射现象的变化情况。
通过比较实验结果，进一步研究光波的传播规律。
结论：
光栅衍射实验通过观察光线通过光栅后的衍射现象，进一步认识了光波的特性和传播规律。
通过实验数据的分析，我们可以计算出光栅的线数、光波的波长等重要参数，并进一步研究光波的传播规律。
这个实验对于深入理解光波的性质和应用具有重要意义。
光栅衍射测光的波长步骤
光栅衍射测光的波长步骤
光栅衍射是一种测量光的波长的方法。
以下是光栅衍射测光的波长的步骤：
1. 准备实验装置：需要一个光源、一个光栅、一个屏幕和一个测量器具（例如尺子或显微镜）。
2. 将光源置于一定距离外，并确保光线垂直射向光栅。
3. 将光栅置于光线路径上，并确保光线通过光栅时是平行的。
4. 将屏幕放置在光栅后方，以接收通过光栅的光线。
5. 调整屏幕的位置，使得通过光栅的光线在屏幕上形成清晰的衍射条纹。
6. 使用测量器具测量衍射条纹之间的距离，即光栅条纹的间距。
7. 使用衍射公式计算光的波长。
光栅的衍射公式为：d·sinθ= m·λ，其中d为光栅的间距，θ为衍射角度，m为整数，λ为波长。
8. 将测得的衍射角度代入衍射公式，计算波长。
注意事项：
- 在实验过程中，确保光线的方向和光栅的位置是准确的，以获得准确的结果。
- 尽量使用单色光源，以便获得清晰的衍射条纹。
- 重复实验多次，取平均值以增加测量的准确性。
衍射光栅实验报告简洁
一、实验目的1. 熟悉分光计的调整与使用。
2. 学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法。
3. 加深对光栅衍射公式的理解。
二、实验原理衍射光栅是一种利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。
它由一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝构成。
当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
根据光栅衍射公式，衍射角θ与光波波长λ、光栅常数d和衍射级次m之间的关系为：\[ d \sin \theta = m \lambda \]其中，d为光栅常数，λ为光波波长，θ为衍射角，m为衍射级次。
三、实验仪器1. 分光计2. 平面透射光栅3. 低压汞灯（连镇流器）4. 光电探测器四、实验步骤1. 调整分光计，使其光轴与光栅平面垂直。
2. 将低压汞灯放置在分光计的光源位置，调整光栅与分光计的相对位置，使光栅垂直于光轴。
3. 使用光电探测器接收衍射光，记录各级衍射光的衍射角。
4. 根据衍射角和光栅常数，计算光波波长。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们成功测定了光波波长，并与理论值进行了比较，误差在可接受范围内。
2. 通过调整光栅常数，我们发现光栅常数越小，衍射角越大，色散率越高。
3. 通过实验，我们加深了对光栅衍射公式的理解，并学会了如何利用衍射光栅测定光波波长。
六、实验结论1. 通过本次实验，我们掌握了分光计的调整与使用方法。
2. 我们学会了利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法。
3. 我们加深了对光栅衍射公式的理解，并了解了光栅常数对衍射角和色散率的影响。
七、实验注意事项1. 在调整分光计和光栅时，注意保持光轴与光栅平面的垂直关系。
2. 在记录衍射角时，注意精确测量，减少误差。
3. 在计算光波波长时，注意使用正确的公式和数值。
通过本次实验，我们不仅掌握了衍射光栅的基本原理和应用，还提高了我们的实验操作能力和数据分析能力。
光栅衍射实验
光均满足，各色光叠加在一起形成白色条纹， 称为中央明纹。因此可以看到，复色光的衍射 图样是在中央明纹的两侧对称地分布着k＝1， 2，3…的各级彩色谱线，称为衍射光谱。 如果已知光栅常数d，用分光计测出k级光谱中 某一明条纹的衍射角，利用式（2）可求出该 谱线对应的单色光波长。
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(3)调整望远镜光轴，使之与分光 计的中心轴垂直。
逐次逼近各半调整法。
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（4）调整平行光管
用目测粗调，调节平行光管水平方位螺丝和倾斜度螺丝，使
平行光管从水平方向和竖直方向观察都与望远镜方位一致。
点燃汞光灯、照亮狭缝。前后移动平行光管的套筒，使狭缝
位于物镜焦平面上，从望远镜中看到清晰的狭缝像。
2 利用本实验装置怎样测量光栅常数？ 3 当用钠光（5893 ）垂直入射到每毫
米有500条刻痕的光栅上时，最多可见 几级光谱？请说明理由。 4 如果光线不是垂直入射光栅面，对测 量结果有什么影响？
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光栅衍射实验 尹晓冬
1
[实验目的］ 1．了解光栅的主要特性； 2．掌握分光计的调整和应用； 3．观察光栅衍射现象，测定汞在可
见光范围内几种谱线的波长。
2
(a b) sink k
[实验原理］
根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在 光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，k如图 一所示。产生明条纹的条件为
(a+b)sinψk=± kλ 或写为
（1）
dsinψk =± kλ
（2）
其中是光栅常数，a和b分别为透光部分和不透
光部分的宽度，为衍射角， 为入射光波长，k
给出了该明纹的级次。
光栅衍射实验报告（完整版）
4.10光栅的衍射【实验目的】(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
【实验原理】衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。
它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。
透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。
而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。
实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。
由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。
另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。
1．测定光栅常数和光波波长光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
如图1所示，设光栅常数d=AB 的光栅G ，有一束平行光与光栅的法线成i 角的方向，入射到光栅上产生衍射。
从B 点作BC 垂直于入射光CA ，再作BD 垂直于衍射光AD ，AD 与光栅法线所成的夹角为ϕ。
如果在这方向上由于光振动的加强而在F 处产生了一个明条纹，其光程差CA +AD 必等于波长的整数倍，即： ()s i ns i n d i m ϕλ±= （1）式中，λ为入射光的波长。
当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时，（1）式括号内取正号，在光栅法线两侧时，（1）式括号内取负号。
如果入射光垂直入射到光栅上，即i=0，则（1）式变成：sin m d m ϕλ= （2）这里，m =0，±1，±2，±3，…，m 为衍射级次，ϕm 第m 级谱线的衍射角。
图1 光栅的衍射2．用最小偏向角法测定光波波长如图2所示，波长为λ的光束入射在光栅G 上，入射角为i ，若与入射线同在光栅 法线n 一侧的m 级衍射光的衍射角为沪，则由式(1)可知()s i ns i n d i m ϕλ±= （3）若以△表示入射光与第m 级衍射光的夹角，称为偏向角，i ϕ∆=+ （4）显然，△随入射角i 而变，不难证明i ϕ=时△为一极小值，记作δ，称为最小偏向角。
衍射光栅测光波波长实验
衍射光栅测光波波长实验
衍射光栅是一种用于测量光波波长的实验装置。
它利用光的衍射现象，通过测量光栅上的衍射图案来确定入射光的波长。
实验步骤如下：
1. 准备光栅：选择一个适当的光栅，它通常由一系列等距的透明或不透明条纹组成。
光栅的参数包括条纹间距（也称为光栅常数）和条纹数。
2. 准备光源：选择一个单色光源，例如激光或单色LED。
确保光源的波长已知或可以测量。
3. 设置实验装置：将光源放置在适当的位置，使其光线垂直照射到光栅上。
4. 观察衍射图案：在适当的距离处放置一个屏幕，以接收光栅上的衍射光。
观察屏幕上的衍射图案，可以看到一系列明暗条纹。
5. 测量条纹间距：使用标尺或显微镜测量屏幕上相邻两个明亮条纹的距离，即条纹间距。
6. 计算波长：根据光栅的参数和衍射公式，可以计算出入射光的波长。
衍射公式为：nλ= d·sin(θ)，其中n为条纹的级数，λ为波长，d为光栅常数，θ为入
射角。
通过测量不同级数的条纹间距，可以得到入射光的波长。
这种方法在实验室中常用于测量光的波长，具有较高的准确性和精度。
需要注意的是，实际操作中可能会受到光源的光谱宽度、光栅的质量和准确度等因素的影响。
因此，在进行实验时，应尽量选择适当的光源和高质量的光栅，并注意排除其他可能的误差因素。
光栅实验报告误差计算
一、实验目的本次实验旨在通过光栅衍射实验，学习光栅衍射原理，掌握光栅常数和光波波长的测量方法，并对实验误差进行计算和分析。
二、实验原理光栅衍射实验是基于光栅的多缝衍射原理。
当一束单色光垂直照射在光栅上时，光栅上的狭缝会使得光发生衍射，形成一系列明暗相间的衍射条纹。
通过测量衍射条纹的位置，可以计算出光栅常数和光波波长。
光栅方程为：dsinθ = mλ，其中，d为光栅常数，θ为衍射角，m为衍射级数，λ为光波波长。
三、实验仪器与数据实验仪器：光栅、分光计、钠光灯、测微计、白纸等。
实验数据：1. 光栅常数：d = 0.5 mm2. 衍射级数：m = 23. 衍射角：θ = 20°四、误差计算1. 光栅常数误差光栅常数误差主要由光栅的刻划精度和测微计的读数误差引起。
光栅刻划精度误差：假设光栅刻划精度为±0.1%，则光栅常数误差为：Δd = 0.5 mm 0.1% = 0.0005 mm。
测微计读数误差：假设测微计的读数误差为±0.001 mm，则光栅常数误差为：Δd = 0.001 mm。
光栅常数总误差：Δd_total = Δd_刻划+ Δd_测微计 = 0.0005 mm + 0.001 mm = 0.0015 mm。
2. 衍射角误差衍射角误差主要由分光计的读数误差和光栅平面与入射光垂直的误差引起。
分光计读数误差：假设分光计的读数误差为±0.1°，则衍射角误差为：Δθ = 20° 0.1% = 0.02°。
光栅平面与入射光垂直的误差：假设光栅平面与入射光垂直的误差为±0.5°，则衍射角误差为：Δθ = 0.5°。
衍射角总误差：Δθ_total = Δθ_分光计+ Δθ_垂直= 0.02° + 0.5° =0.52°。
3. 光波波长误差光波波长误差主要由光栅常数误差和衍射角误差引起。
光栅衍射实验
当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭 缝的光都产生有衍射，而通过光栅不同狭缝的光还要发生 干涉，因此光栅的衍射条纹实质应是衍射和干涉的总效果。 设光栅的刻痕宽度为a，透明狭缝宽度为b，相邻两缝间的 距离d=a+b，称为光栅常数，它是光栅的重要参数之一。 单色平行光束垂直照射光栅，按照光栅衍射原理，衍射光 栅中明条纹的位置为：
汞灯的光栅光谱示意图
【实验内容与步骤】
分光计的调整
调节要求：分光仪达到以下三点要求，才能用 它进行精确的测量。
1 、平行光管发出平行光（平行光管的狭缝位 于其物镜焦平面上）。 2、 望远镜接受平行光（调焦于无穷远）。 3、平行光管与望远镜“同轴等高”，载物台 与仪器主轴垂直。
光栅调节
如果把光栅放反了即把涂着药膜的一面对着平行光管相当于在光路中加了一层介质如玻璃由于介质的折射使衍射光线平移了一个距离介质的两个面是平行的那么透过介质后的衍射光线的角度不变因此经望远镜后会聚后在分划板上的位置也不会改变对实验结果没有影响
光栅衍射实验
光波波长的测量
河北工业大学物理实验中心 张旭
【实验目的】
A1 A1 2 A
B 1 B 1 2 B
由于分光计偏心差的存在，衍射角和有差异，求其平均 值可消除了偏心差。所以，各谱线的衍射角为：
A＋ B
2
A1 A1 B 1 B 1
4
测量时，从最右端的黄2光开始，依次测黄1光，绿 光，··· ··· 直到最左端的黄2光，重复测量三次。
1.观察光栅衍射现象，了解光栅的应用及 其特性。 2.测量汞灯不同谱线的波长。
衍射光栅(汞光谱波长测量)
数之一。 2.光栅方程，光栅光谱。
当一束平行单色光垂直入射到光栅平面上时，光波将发生衍射。光衍射角 满足光栅方 程 d sin k ， k 0, 1, 2 。光会叠加，衍射后的光波经过透镜会聚后，在焦平面上
180
1 60
6nm
示范报告
d d 3297 6 nm
不同波长光在此光栅下的衍射角，测量波长值及相对误差分别为
紫光： 7 29 ， 429.4nm ， E 1.5% ；
黄光（内）： 9 58 ， 570.6nm ， E 1.1% ；
黄光（外）： 9 59 ， 571.6nm ， E 1.3% 。
七.分析讨论题 1.试结合测量的百分误差分析其产生的原因？ 答：在正常的误差范围内，一般产生误差的原因：分光计没有严格的调整好。平行光不 是真正的平行光，两轴线没严格正交。视察没有完全消除。测量时十字准线没有对准光谱线 的中间。移动望远镜时手不是拿着架子转动，而是拿着目镜转动。两人读数的误差等等。 2.如果光栅平面和分光计转轴平行，但光栅上刻线和转轴不平行，那么整个光谱会有何 变化？对测量结果有无影响？ 答：会出现光谱线不水平。对测量结果略有影响，但在误差要求范围之内，影响可不予 考虑。
光垂直入射到光栅上，若 已知，测出相应的 ，就可以算出光栅常量 d ；反之，若 d
已知，测出i ，可以计算 i 。
三.实验仪器 分光计、光栅、双面反射镜、汞灯
四.实验内容 1.分光计调整与观察汞灯衍射光谱。 （1）认真调整好分光计； （2）将光栅放于载物台上。通过调平螺丝使光栅平面与平行光管光轴垂直。转动望远 镜观察汞灯衍射光谱。中央零级为白色，望远镜分别转到左右时均可以看到第一级的 4 条彩 色谱线； （3）调节平行光管狭缝宽度，以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准； 2.光栅常量与光谱线波长的测量。
光栅衍射实验
光栅衍射实验一、实验目的1、了解光栅的结构，测量其光栅常数。
2、掌握光栅衍射公式。
3、用光栅测光波波长。
二、基本原理光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，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刻刀在一块平面玻璃上刻成的，而反射光栅则把刻缝刻在硬质合金上。
本实验所用是透射式光栅。
光栅衍射图样是由来自每一个单缝上许多子波以及来自各单缝对应的子波彼此相干叠加而形成。
因此，它是单缝衍射和多缝干涉的总效果。
因此，光栅衍射图样是多缝干涉光强分布受单缝衍射光强分布调制的结果。
衍射图样如图1所示。
单缝衍射的光强分布由单缝衍射因子22sin uu 决定，其中λφπsin a u =，为缝宽，a φ为对缝的半张角，λ为波长。
多缝干涉的光强分布由多缝干涉因子22sin vNv 决定，其中λφπsin d v =，为缝数，＝＋b 为光栅常数，为缝间不透光部分的宽度。
N d a b 因此光栅衍射的光强分布公式为0I I =22sin u u 22sin vNv 。
其图样是干涉与衍射相互作用的结果，多光束干涉图样受单缝衍射的调制，衍射条纹以单缝衍射光强分布曲线为包络线。
图1 光栅衍射光斑排列 图2 产生莫尔条纹的两组光栅如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，如图2所示，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。
莫尔条纹的宽度B为：B=P/sinθ其中P为光栅距。
光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。
光栅莫尔条纹的两个主要特征是：判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。
位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。
大学物理实验光栅衍射
形成了多条明暗相间的条纹。
理论计算与实验结果相符
02
通过理论计算，我们预测了不同波长光的衍射角度，与实验结
果基本一致。
光栅常数对衍射条纹的影响
03
实验结果表明，光栅常数对衍射条纹的分布和宽度具有显著影
响。
结果的应用与推广
01
02
03
光学仪器的校准
光栅衍射实验结果可用于 校准光学仪器，确保其准 确性和稳定性。
增加实验内容
可以进一步探索不同类型的光栅、 不同波长的光源对衍射现象的影 响，以丰富实验内容。
07 参考文献
参考文献
文献1
该文献详细介绍了光栅衍射的原理和 实验方法，包括光栅的构造、衍射现 象的产生机制以及实验操作流程。通 过该文献，学生可以全面了解光栅衍 射的基础知识和实验技能。
文献2
该文献重点研究了光栅衍射的数学模 型和数值模拟方法。通过建立数学模 型，模拟不同参数下的衍射现象，为 实验设计和数据分析提供了理论支持 。同时，该文献还提供了编程语言实 现的模拟代码，方便学生进行二次开 发和研究。
注意保持实验装置稳定
在实验过程中，避免剧烈晃动或碰撞实验装置，以免影响实验结果。
注意保持实验室环境整洁
定期清洁实验台面和设备，确保没有灰尘或其他杂质干扰实验结果。
04 实验步骤与操作
实验前准备
实验器材
准备光栅、分光计、光源、光屏等实验器材，确 保其完好无损。
实验环境
确保实验室环境安静、整洁，避免外界干扰对实 验结果的影响。
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原理之一。
光栅衍射的原理
光栅衍射是指光波通过光栅时发生的衍射现象。
光栅是由许多平行、等间距的狭缝或刻线组成， 当光波通过这些狭缝或刻线时，光波发生弯曲 或分散，形成明暗相间的衍射条纹。
大学物理实验报告丨光栅衍射实验
光栅衍射实验一、实验目的：1. 了解光栅的结构及光学原理;2. 学会搭建实验模型;3. 测定光波波长及光栅常数等。
二、实验原理：光栅(grating)是大量等宽、等间距的平行狭缝（或发射面）构成的光学元件。
一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行的刻痕，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光(相当于狭缝)。
这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅。
精制的光栅，在1mm宽度内刻有数百乃至数千条刻痕。
另外一类是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(常称为闪耀光栅)。
实际应用中，各类光学设备使用的光栅基本上都是反射光栅。
透射光栅和反射光栅的原理如图所示：3.而在我们的日常生活中，具有光栅特性的物品经常用到，例如手机，其显示屏就是正方形网格，每个小方格就是一个显示单元，网格越密，则显示分辨率越高。
这些整齐排列的小方格实际上就形成了反射光栅。
另一种物品就是光盘，它是我们常用的存储介质，从早期的CD、DVD等到现在的蓝光光盘，其存储密度越来越高。
它存储数据的方式是用极细的激光束，沿着近似同心圆环的螺旋形光轨，在光盘表面烧蚀出一个个的小坑，有坑的位置和无坑的位置分别对应0和1。
读取数据时，同样用激光束沿着光轨照射，有坑和无坑的位置反射光强不一样，这样就可以把数据读出来了。
我们可以看到，相邻的这些环状刻痕(光轨)实际上就形成了一个反射光栅(如虚线区域)，两条刻痕之间的间距就是光栅常数d。
（实验的示意图）三、实验装置一支绿色激光笔，一个手机（荣耀5X，分辨率为1920×1080），一个CD光盘（高中物理必修一粤教版配套光盘），一条长为1.5m的米尺，一些泡沫塑料、白墙（如图所示）四、实验过程：1.对于手机，激光笔垂直于墙面、手机平行于墙面放置，微调手机平面，使得反射光回到激光笔出光口，然后再让反射光稍稍上移，使得衍射光斑能投射到墙面上，这样就保证光在水。
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。
光栅衍射_物理实验
图2.9.2 汞的衍射光谱光栅衍射一、实验目的1．了解分光计的工作原理，掌握其调整方法。
2．学会使用分光计和光栅测定光谱的波长。
二、实验原理光栅分为透射光栅和反射光栅，本实验使用透射光栅，如图2.9.1所示。
图2.9.1 透射光栅光路示意图若将平行光垂直照射在光栅上，光栅衍射明纹的条件是衍射角φ必须满足下列关系λφk b a k =+sin )(, ,2,1,0±±=k 式中b a +称为光栅常数，b a + =N1，N 为每毫米上狭缝数目，λ为入射光波长，k 为谱线级数，φk 为k 级谱线对应的衍射角。
若已知N ，并测出衍射角φk ，即可求得波长λ。
若入射光为几种不同波长的光，则由光栅方程可知，除中央明纹相互重叠外，其它每一 级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。
本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光，如图2.9.2，其中有紫、绿、黄1、黄2四条强线，另一紫是中强线，兰是弱线。
三、实验仪器 1、分光计分光计主要由平行光管、阿贝式自准直望远镜、平台(即载物台)、刻度盘和游标盘四部分组成图2.9.3望远镜及平台图2.9.4平行光管图2.9.7 望远镜调整图2.9.5 阿贝式自准直望远镜分光计的调整方法：（1）粗调。
用肉眼观察，调节平台、望远镜筒、平行光管都初步达到水平状态，为进一步的细调打下基础。
（2）用自准法调望远镜对平行光聚焦。
将双反平面镜放在平台上并与望远镜光轴目测垂直，为了便于调节，放置平面镜时应使平面镜与平台下的3个调节螺钉中的两个平行，如图2.9.7所示，调节平面镜的俯仰只需调A 螺钉。
点亮目镜下的小灯，然后转动目镜，先看清分划板上的叉丝，再伸缩目镜筒使十字窗的像十分清晰，并用视差法检查(上下或左右移动眼睛，像与十字线无相对位移)，使十字窗与其反射像之间无视差。
由自准直的原理可知，望远镜已经调焦至无限远了或称望远镜能接收平行光，以后目镜不要再调。
（3）调望远镜光轴与分光计中心轴相互垂直。
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光栅衍射
[目的]
1.了解光栅特性，观察光栅光谱，进一步加深对光的干涉与衍射的理解。
2.学习和掌握测定光栅特性常数的实验原理和方法。
3.学习和掌握用光栅测定谱线波长的实验原理和方法。
[原理]
平行、等宽而等间隔的多狭缝即为光栅。
通常将光栅分为两种，一种是透射光栅，另一种是反射光栅；按制造的方法来分光栅也有两种，一种是用光刻机在玻璃上刻制出来的刻划光栅，另一种是用全息照相的方法拍摄而成的全息光栅。
现代使用的多是原刻光栅的复制品和全息光栅。
光栅和棱镜一样，都是重要的分光元件，它也可以把入射光中不同波长的光分开。
利用光栅分光原理而制成的单色仪和光谱已被广泛应用科学研究中。
若以单色平行光垂直照射在光栅平面上，则透过各狭缝的光线因衍射将向各个方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列被相当宽的暗区隔开的、间距不等的明条纹，称为谱线。
按照光栅衍射理论，衍射光栅中明条纹的位置由下式决定：
()λϕk b a k ±=⋅+sin 或 λϕk d k ±=⋅sin （k = 0,1,2,…） （23-1） 式中，b a d +=称为光栅常数，λ为入射光波长，k 为明条纹(光谱线)级数，k ϕ是k 级明条纹的衍射角，如图23-1所示。
如果入射光不是单色光，则由式（23-1）可以看出，对于同一级谱线，各色光的波长不同，其衍射角k ϕ也各不相同，于是复色光将被分解，而在中央0=k ，0=k ϕ处，
各色光仍然重叠在一起，组成中央明条纹。
在中央明条纹两侧对称地分布着k
= 0,1,2,…
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。
我们称光栅对复色光的这种衍射图样为光栅光谱。
若已知光栅常数d ，用分光计测出k 级光谱中某一明条纹的衍射角k ϕ，按式(23-1)即可算出该明条纹所对应的单色光的波长λ，反之，若已知入射光的波长λ，用分光计测出衍射角k ϕ，即可求出光栅常数d 。
光栅的基本特性还可以用它的“分辩本领”和“色散率”来表征。
光栅分辩本领R 定义为两条刚可被该光栅分辨开的谱线的波长差12λλλ−=∆去除它们的平均波长λ即
λ
λ∆=R (23-2) R 越大，表明刚刚能分辨开的波长差λ∆越小，光栅分辨细微结构的能力就越高。
按照瑞利判据，两条刚可被分开的谱线规定为：其中一条谱线的极强正好落在另一条谱线的极弱上。
由此条件推导出光栅分辩本领公式为：
kN R = (23-3)
式中N 是光栅有效使用面积内的刻线总数目。
由式(23-3)可知，光栅在使用面积一定（即宽度l 一定）的情况下，使用面积内的刻线数目越多，分辨本领越高；对有一定光栅常数的光栅，有效使用面积越大，分辨本领越高(这是因为刻线数目越多谱线越细锐的缘故)；高级数比低级数的光谱有较高的分辨本领。
由于通常所用光栅的光谱级数不高(如本实验所用光栅的光谱级数为1级)，所以光栅的分辨本领主要决定于有效使用面积内的刻线数目N 。
本实验所用的光栅，每毫米有300条刻线。
角色散率D 定义为同一级光谱中两条谱线衍射角之差ϕ∆与它们的波长差λ∆之比：
λ
ϕ∆∆=D （23-4） 把式(23-1)微分，得
ϕ
λϕcos ⋅=∆∆=d k D （23-5） 由式（23-5）可知，光栅光谱具有以下特点：光栅常数d 愈小(即每毫米所含光栅刻线数目越多)角色散愈大；高级数的光谱比低级数的光谱有
较大的角色散；在衍射角ϕ很小时，式(23-5)中的
1cos ≈ϕ，角色散D 可看作一常数，ϕ∆与λ∆成正比，故
光栅光谱又称为匀排光谱。
[内容]
1.调节分光计使其达到正常工作状态。
2.调节光栅使其达到正常工作状态。
(1)光栅平面(有刻痕的面)与分光计中心转轴平行，
且垂直于平行光管。
将光栅如图23-2所示放置在载物台上，利用已调节好的望远镜，用自准法调节光栅平面与望远镜光轴垂直。
这只需通过调节载物台下的螺钉2，3就可达到。
(2)调节光栅的刻痕与分光计中心转轴平行。
转动望远镜，观察光谱，在(1)步骤的基础上通过调节螺钉1，使得分列在零级明条纹两侧的每条谱线的高度都应当被通过分划板中心的水平线所平分。
3.用钠光(λ=589.3nm)测定光栅常数d 和分辨本领R ，并计算d
C 1=。
测量时一定要保证平行入射光垂直光栅平面，即入射角为零。
4.用已测好光栅常数的光栅测定汞灯光谱线的波长，要求计算波长的百分误差（汞灯谱线的波长值见实验22附表）。
5.选做：用汞光谱中的两条黄线测量光栅的角色散率D 。