《大学物理实验》教案实验22衍射光栅
大学物理实验— 光栅衍射实验
大学物理实验报告专业班级学号姓名记分光栅衍射实验（实验名称）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，选择合适的参数以便于测量。
实验原理：d是光栅常数；θ是相对于光栅平面的入射角，φ是衍射角。
入射光投射到光栅平面后，其反射光因单个槽面的衍射和缝间的干涉形成光谱，谱线位置可同样由光栅方程给出：d (sinφK ± sinθ)= ±Kλ（2）当入射光与衍射光在法线的不同侧时上式取负号，否则取正号。
对于正入射，上式简化为：d sinφK = ±Kλ。
对于透射光栅和反射光栅，如果知道光栅常数d，通过测量衍射角φ，我们可以计算出光波长λ；反过来，已知光波长，通过测量衍射角，我们可以得到光栅常数d。
（自行调节所需空间）实验装置与实验过程：（包括照片）数据记录：（1）手机的屏幕分辨率为2310×1080手机屏幕横向显示区域的宽度b=7cm屏幕的每个显示单元的尺度为b/1080屏幕作为光栅的光栅常数d=b/1080测量水平方向上光斑的间距x=1.5cm测量手机上的光入射点到衍射光斑中心点的距离L=120cm （2）测出±1级和±2级的衍射光斑之间的间距l2=25cm光盘和墙面的距离为l1=29cm数据处理及结果：计算结果：衍射角φ = tanφ= x/L=0.0125将测量结果代入公式d sinφ = λ我们可以计算出激光波长λ=1.41×10-6cm计算出衍射角：tanφ = l2/(2l1)使用反三角函数才能得到φ的大小。
从公式d sinφK =λK即可得到光轨宽度d=3.57×10-6cm（计算过程、结果、误差分析等）实验体会或感想：（1）通过实验了解了透射光栅和反射光栅的构成原理和区别（2）学会了如何用手机估计出激光波长思考题：在斜入射的情况下，观察零级光斑时，可能会发现其附近存在较小的光斑，这也是一种干涉条纹。
大物-光栅衍射实验
实验报告：光栅衍射实验一、摘要实验简介&意义：衍射光栅是一种分光用的光学元件。
它不仅用于光谱学，还广泛用于计量、光通信、信息处理等方面。
本实验中通过测定光栅常数及光波波长，对光栅的特性有初步了解。
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。
关键词：衍射光栅，光栅常数测定，光波波长测定二、实验原理（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。
理想的光栅可看作是许多平行、等距和等宽的狭缝。
刻痕间的距离称为光栅常数。
设有一光栅常数d=AB的光栅G。
有一束平行光与光栅法线成角度i，入射于光栅上产生衍射，如果在某个方向上相干加强而在 F处产生了一个明条纹，则程差（CA ＋AD）必等于波长λ的整数倍，即d(sinφ±sini)=mλ（1）入射光线和衍射光线都在光栅法线的同侧时，式（1）等号左边括号内取正号；两者分居法线异侧时取负号。
式中的 m 为衍射光谱的级次，m 为 0，±1，±2等，m 的符号取决于程差的符号，与上式等号左边括号内结果的符号一致。
在光线正入射的情形下，i=0，则式（1）变成dsinφm=mλ（2）式中λm为第 m 级谱线的衍射角。
据此，可用分光计测出衍射λm，从已知波长可以测出光栅常数 d。
反之，如已知光栅常数 d，则可测出波长λ。
（2）用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φ，则由式（1）可知d (sin φ + sin i)=m λ（3）若以Δ表示入射光与第 m 级衍射光的夹角，称为偏向角，则Δ = φ + i （4）显然，Δ随入射角 i 而变，不难证明φ = i 时Δ为一极小值，记作δ，称为最小偏向角。
并且仅在入射光和衍射光处于法线同侧时才存在小偏向角。
大学物理光栅衍射教学设计
大学物理光栅衍射教学设计一、教学目标本教学设计旨在帮助学生深入了解光栅衍射现象，掌握光栅的原理及其在实际中的应用。
通过本课的学习，学生将能够：1. 理解光栅衍射的基本原理；2. 掌握计算光栅标准线数的方法；3. 熟悉光栅衍射实验的技术要求；4. 了解光栅衍射在实际应用中的重要性。
二、教学内容本课程将包括以下内容：1. 光栅衍射的基本原理：光栅的定义、光栅的衍射原理及衍射公式；2. 光栅标准线数的计算方法：介绍光栅标准线数的计算公式和实际计算过程；3. 光栅衍射实验的技术要求：讲解进行光栅衍射实验所需的实验器材和实验条件；4. 光栅衍射在实际应用中的重要性：引导学生探讨光栅衍射在实际应用领域中的作用和价值。
三、教学方法本课程将采用以下教学方法：1. 讲授法：通过讲解光栅衍射的基本原理、计算方法和实验技术要求，帮助学生理解光栅衍射现象；2. 实验演示法：通过实验演示，展示光栅衍射实验的过程和结果，激发学生的学习兴趣；3. 讨论法：组织学生进行讨论，探讨光栅衍射在实际应用中的意义和作用；4. 合作学习法：鼓励学生进行小组合作学习，共同解决问题和完成实验任务。
四、教学步骤本课程将按以下步骤进行：1. 导入：通过引入光栅衍射的概念和应用背景，激发学生的学习兴趣；2. 讲授光栅衍射的基本原理：介绍光栅的定义、光栅衍射的原理和衍射公式；3. 演示光栅衍射实验：展示光栅衍射实验的过程、结果和注意事项；4. 讨论光栅衍射在实际应用中的重要性：组织学生就光栅衍射在物理、光学和其他领域中的应用进行讨论；5. 讲解计算光栅标准线数的方法：介绍光栅标准线数的计算公式和实际计算过程；6. 实践操作：学生根据给定的光栅参数和实验条件，计算光栅的标准线数，并进行实验操作；7. 总结和评价：对本节课的教学内容进行总结，评价学生的学习情况并提出改进建议。
五、教学评估本课程中将采用以下评估方式：1. 参与度评估：根据学生在课堂上的参与情况和能动性，评估学生的学习态度和积极性；2. 实验报告评估：对学生完成的实验报告进行评估，包括实验结果的准确性、实验过程的规范性和分析能力的发展；3. 讨论表现评估：根据学生在讨论环节中的发言情况和质量，评估学生的思维逻辑和表达能力；4. 总结问答评估：通过提问和回答问题的方式，评估学生对学习内容的理解程度和应用能力。
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。
衍射光栅实验
思考题
一．.若平面镜两面的绿十字像，一个偏高，在水平线上方距离为ａ；另一个偏下，与水平线距离为5a，应如何调节？ 二．利用本实验装置怎样测量光栅常数？ 三．如用波长=589.3的钠光,垂直照射到内有500条刻线的光栅 上, 这时最多能看到几级光谱？换成绿光呢？ 四．如果光线不是垂直入射光栅面，对测量结果有什么影响？ 五．复色光经过光栅衍射后形成的光谱有什么特点
调节载物台倾斜度的螺丝,上面 的活动小圆盘上有三条半径线, 平台
b
光栅
转动这个小圆盘,使三条半径线
图4
与三个螺丝的位置对齐,然后将
光栅片按图中位置放好。
二．调节光栅平面与入射光线垂直
转动分光计的刻度盘带动载物台,使光栅面与平行光管垂直;然后转 动望远镜,使望远镜中的分划板上的竖线与平行光管射过来的狭缝 亮线相重合, 再仔细转动刻度盘带动载物台,并结合调节载物台的 两个螺丝a或b,直到光栅面反射回来的小绿“+”字像位于分化板 上方叉丝交点上。此时,入射光即垂直光栅面了。
衍射光栅
实验目的
观察光栅衍射现象，了解光栅的主要特征，加深对光栅衍射 原理的理解；
进一步熟悉和巩固分光计的调节使用； 学会测量光栅常数，以及用光栅测光波的波长衍射光栅、光栅常数光柵数:实验光路屏 幕
透镜
光 栅
原理分析
L
根据光栅方程测量光的波长,或者给定光的波长测量光栅常数
ds ink
k 0 ,1 ,2 ,
主极大(明条纹)角位置条件
dsin
f
主极大(明条纹)角位置条件
光谱分布
添加标题
光栅
添加标题
黄
添加标题
中央明条纹K=0
添加标题
一级明条纹K= -1
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。
感谢您的观看
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。
实验名称：光栅衍射(大学物理)
实验名称：光栅衍射实验目的：1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。
2.加深对分光计原理的理解。
3.用透射光栅测定光栅常数。
实验仪器：分光镜，平面透射光栅，低压汞灯（连镇流器）实验原理:光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝(或刻痕)构成的,是单缝的组合体,其示意图如图1所示。
原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。
光栅上的刻痕起着不透光的作用,两刻痕之间相当于透光狭缝。
原制光栅价格昂贵,常用的是复制光栅和全息光栅。
图1中的为刻痕的宽度, 为狭缝间宽度, 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。
它是光栅基本常数之一。
光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为1000条/毫米,即每毫米上刻有1000条刻痕。
图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图4载物台当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时，根据夫琅和费衍射理论，在各狭缝处将发生衍射，所有衍射之间又发生干涉，而这种干涉条纹是定域在无穷远处，为此在光栅后要加一个会聚透镜，在用分光计观察光栅衍射条纹时，望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为（1）出现明纹时需满足条件（2）（2）式称为光栅方程，其中：为单色光波长；k为明纹级数。
由（2）式光栅方程，若波长已知，并能测出波长谱线对应的衍射角，则可以求出光栅常数d 。
在=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线，则对称地分布在零级谱线的两侧，如图3所示。
如果光源中包含几种不同波长，则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角，从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。
对于低压汞灯，它的每一级光谱中有4条谱线：紫色1=435.8nm;绿色2=546.1nm;黄色两条3=577.0nm和4=579.1nm。
衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。
角色散率D（简称色散率）是两条谱线偏向角之差Δ 两者波长之差Δ 之比：（3）对光栅方程微分可有（4）由（4）式可知，光栅光谱具有如下特点：光栅常数d越小，色散率越大；高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率；衍射角很小时，色散率D可看成常数，此时，Δ 与Δ 成正比，故光栅光谱称为匀排光谱。
《大学物理实验》教案实验22衍射光栅
《大学物理实验》教案实验22衍射光栅第一篇：《大学物理实验》教案实验22 衍射光栅实验 22 衍射光栅一、实验目的：1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。
2.进一步熟悉分光计的调节和使用。
3.测定光栅常数和汞原子光谱部分特征波长。
二、实验仪器：分光计、光栅、汞灯。
三、实验原理及过程简述：1.衍射光栅、光栅常数光栅是由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成。
其示意图如图 1 所示。
图2光栅上若刻痕宽度为 a，刻痕间距为 b，则 d＝a 十 b 称为光栅常数，它是光栅基本参数之一。
2.光栅方程、光栅光谱根据夫琅和费光栅衍射理论，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，凡衍射角满足光栅方程：图1，k 0，± 1，± 2...（1）时，光会加强。
式中λ为单色光波长，k 是明条纹级数。
衍射后的光波经透镜会聚后，在焦平面上将形成分隔得较远的一系列对称分布的明条纹，如图2 所示。
如果人射光波中包含有几种不同波长的复色光，则经光栅衍射后，不同波长光的同一级（k）明条纹将按一定次序排列，形成彩色谱线，称为该入射光源的衍射光谱。
图3 是普0通低压汞灯的第一级衍射光谱。
它每一级光谱中有四条特征谱线：紫色λ14358 A ；绿色λ 0 0 025461 A ；黄色两条λ3＝5770 A 和λ45791 A。
3.光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量由方程（1）可知，若光垂直入射到光栅上，而第一级光谱中波长λ1 已知，则测出它相应的衍射角为1，就可算出光栅常数d；反之，若光栅常数已知，则可由式（1）测出光源发射的各特征谱线的波长 i。
角的测量可由分光计进行。
4．实验内容与步骤a.分光计调整与汞灯衍射光谱观察（1）调整好分光计。
（2）将光栅按图 4 所示位置放于载物台上。
通过调平螺丝 a 1 或a 3 使光栅平面与平行光管光轴垂直。
然后放开望远镜制动螺丝，转动望远镜观察汞灯衍射光谱，中央（K 0）零级为白色，望远镜转至左、右两边时，均可看到分立的四条彩色谱线。
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实验 22 衍射光栅
一、实验目的：
1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。
2.进一步熟悉分光计的调节和使用。
3. 测定光栅常数和汞原子光谱部分特征波长。
二、实验仪器：
分光计、光栅、汞灯。
三、实验原理及过程简述：
1.衍射光栅、光栅常数光栅是由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成。
其示意图如图 1 所示。
图1图2
光栅上若刻痕宽度为 a，刻痕间距为 b，则 d＝a 十 b 称为光栅常数，它是光栅基本参数之一。
2.光栅方程、光栅光谱
根据夫琅和费光栅衍射理论，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，凡衍射角满足光栅方程：
， k 0 ，± 1 ，± 2... （1）时，光会加强。
式中λ为单色光波长， k 是明条纹级数。
衍射后的光波经透镜会聚后，在焦平面上将形成分隔得较远的一系列对称分布的明条纹，如图 2 所示。
如果人射光波中包含有几种不同波长的复色光，则经光栅衍射后，不同波长光的同一级（ k ）明条纹将按一定次序排列，形成彩色谱线，称为该入射光源的衍射光谱。
图 3 是普 0通低压汞灯的第一级衍射光谱。
它每一级光谱中有四条特征谱线：紫色λ14358 A ；绿色λ 0 0 025461 A ；黄色两条λ3＝5770 A 和λ45791 A 。
3.光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量由方程（1）可知，若光垂直入射到光栅上，而第一级光谱中波长λ1 已知，则测出它相应的衍射角为 1 ，就可算出光栅常数 d；反之，若光栅常数已知，则可由式（1）测出光源发射的各特征谱线的波长 i 。
角的测量可由分光计进行。
4．实验内容与步骤
a.分光计调整与汞灯衍射光谱观察
（1）调整好分光计。
（2）将光栅按图 4 所示位置放于载物台上。
通过调平螺丝 a 1 或 a 3 使光栅平面与平行光管光轴垂直。
然后放开望远镜制动螺丝，转动望远镜观察汞灯衍射光谱，中央（ K 0 ）零级为白色，望远镜转至左、右两边时，均可看到分立的四条彩色谱线。
若发现左、右两边光谱线不在同一水平线上时，可通过调平螺丝a 2 ，使两边谱线处于同一水平线上。
（3）调节平行光管狭缝宽度。
狭缝的宽度以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准。
b.光栅常数与光谱波长的测量。