《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。
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。
衍射光栅的实验报告
衍射光栅的实验报告衍射光栅的实验报告引言：光学实验是物理学中重要的实践环节，通过实验可以观察和验证光的性质和行为。
本次实验的主题是衍射光栅，衍射光栅是一种常见的光学元件，具有重要的应用价值。
通过本次实验，我们将深入了解衍射光栅的原理和特性。
一、实验目的本次实验的目的是通过实际操作，观察和研究衍射光栅的衍射现象，并探究其衍射角度与光栅参数之间的关系。
二、实验装置和原理实验中使用的装置主要包括光源、准直器、透镜、衍射光栅、光屏等。
光源发出的光经过准直器和透镜后，成为平行光束照射到衍射光栅上。
衍射光栅是由许多平行的透明条纹组成，这些条纹间的间隔称为光栅常数。
当光束通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列明暗相间的衍射条纹。
这些衍射条纹在光屏上形成干涉图样。
三、实验步骤1. 将光源、准直器、透镜等装置调整好，使光束成为平行光束。
2. 将衍射光栅放置在光路中，使光束垂直照射到光栅上。
3. 调整光栅与光屏之间的距离，使得在光屏上观察到清晰的衍射条纹。
4. 观察并记录衍射条纹的形状和位置。
5. 改变光栅的光栅常数，重复步骤4，观察并记录不同光栅常数下的衍射条纹。
四、实验结果与分析通过实验观察，我们发现在光屏上形成了一系列明暗相间的衍射条纹。
这些条纹的形状和位置与光栅的参数有关。
当光栅常数增大时，衍射条纹的间距也随之增大。
这是因为光栅常数决定了光栅上透明条纹的间隔，而衍射条纹的间距与透明条纹的间隔成正比。
此外，通过实验还可以研究衍射角度与光栅参数之间的关系。
根据衍射理论，衍射角度与光栅常数和入射光的波长有关。
当光栅常数固定时，入射光的波长越小，衍射角度越大；反之，入射光的波长越大，衍射角度越小。
这是因为波长越小，光的折射和衍射效应越明显。
五、实验结论通过本次实验，我们深入了解了衍射光栅的原理和特性。
实验结果表明，衍射光栅能够产生一系列明暗相间的衍射条纹，这些条纹的形状和位置与光栅的参数有关。
衍射角度与光栅常数和入射光的波长呈反比关系。
大学物理光栅衍射实验报告
已知汞灯绿光的波长$＼lambda＝5461nm$，根据光栅衍射方程$d\sin\theta＝k\lambda$，可得光栅常数$d$的计算公式为：＄d＝k\lambda／＼sin\theta$。
将测量得到的平均衍射角代入公式，计算得到光栅常数：
一级衍射时：＄d_1＝＼＿\＿\＿\＿\＿\＿$
大学物理光栅衍射实验报告
一、实验目的
1、深入理解光栅衍射的原理和特点。
2、学会使用分光计测量光栅常数。
3、观察光栅衍射现象，测定光栅衍射的各级主极大位置和强度。
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，每条狭缝都将产生衍射，由于各狭缝衍射光之间的干涉，在屏幕上会形成一系列明暗2＝＼＿\＿\＿\＿\＿\＿$
最终光栅常数：＄d＝＼＿\＿\＿\＿\＿\＿$
3、误差分析
（1）测量衍射角时的误差，可能由于望远镜的读数精度有限，以及人眼的观察误差等。
（2）光栅放置不精确，导致光栅平面与入射光不垂直，或者光栅刻痕与分光计中心转轴不平行，从而引入误差。
六、实验结果与讨论
1、实验结果
通过本次实验，成功测量出了光栅常数为_____，与理论值相比，存在一定的误差。
2、讨论
（1）实验中，为了提高测量精度，可以采取多次测量取平均值的方法，减少随机误差的影响。
（2）在调节分光计和放置光栅时，需要耐心和细心，确保仪器调节准确，以减小系统误差。
（3）对于实验中出现的异常现象，如条纹不清晰、缺失等，需要认真分析原因，可能是光源不稳定、光栅表面有污渍等。
（2）用自准直法调节望远镜聚焦于无穷远，使十字叉丝清晰且无视差。
（3）调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直。
大学物理实验报告光栅衍射
大学物理实验报告光栅衍射大学物理实验报告：光栅衍射一、实验目的1、深入理解光栅衍射的原理。
2、学会使用分光计测量光栅常数。
3、观察光栅衍射现象，测定衍射光谱中各谱线的波长。
二、实验原理光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝所组成的光学元件。
当一束平行光垂直照射在光栅上时，每条狭缝都将产生衍射，由于各狭缝射出的衍射光之间存在光程差，它们在屏幕上叠加时会发生干涉，从而形成一系列明暗相间的条纹，称为光栅衍射条纹。
根据光栅衍射方程：＼（d\sin\theta ＝ k\lambda\）（其中＼（d\）为光栅常数，＼（＼theta\）为衍射角，＼（k\）为衍射级数，＼（＼lambda\）为入射光波长）。
当光垂直入射时，衍射角\（＼theta\）与衍射条纹的位置\（y\）之间的关系为：＼（＼tan\theta ＝＼frac{y}｛f}＼）（其中＼（f\）为望远镜的焦距）。
三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面反射镜、放大镜等。
四、实验内容及步骤1、调节分光计（1）目测粗调，使望远镜、平行光管和载物台大致水平。
（2）用自准直法调节望远镜聚焦于无穷远，使望远镜能接收平行光。
（3）调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直。
（4）调节平行光管，使其发出平行光，并使其光轴与望远镜光轴重合。
2、放置光栅将光栅放置在载物台上，使光栅平面与入射光垂直，并使光栅刻痕与载物台的平行度调节螺丝平行。
3、观察光栅衍射现象（1）打开汞灯，让平行光垂直照射在光栅上。
（2）通过望远镜观察光栅衍射光谱，注意各级谱线的分布情况。
4、测量光栅常数（1）转动望远镜，使望远镜的十字叉丝对准中央明纹（＼（k ＝0\））的中心，记录此时望远镜的读数\（＼theta_1\）。
（2）依次对准＼（k ＝＼pm1\），＼（＼pm2\）级明纹的中心，记录相应的读数\（＼theta_2\），＼（＼theta_3\），＼（＼theta_4\），＼（＼theta_5\）。
（3）根据光栅衍射方程计算光栅常数＼（d\）。
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.测左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（或发射而）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柵，如在镀有金属层的表而，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：I.如液单色平疔光取射金光HHW 上(图I).则览hlk 欣縫的光终丙衍射梅简％个方问俗 拓.这岐術射光级又兀相干沙・金抡收腭上久形威明塩的谱縄仙构.呂由5八心瑕定・即«/(>in^A —jiin^? )« *AS< «Af ・O 」2 .......... > ( I )此比琢为允捌力程•勻入射箱“幻U 时・间化为”“W A =止人人•尢恸力程中・"=。
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大学物理实验 衍射光栅及其特性
实验数据处理
光栅编号： 光栅宽度 l 30 mm 2012 年 8 月 31 日， 16#桌
1 2
谱线
角位置 左
角位置 右
d (nm)
1级
2级
0级 404.7nm（紫） 435.8nm（兰） 546.1nm（绿） 577.0nm（黄 1） 579.0nm（黄 2） 404.7nm（紫） 兰 绿 黄1 黄2
本实验中可明显观察到的汞灯谱线
波长.1 绿
577.0 黄1
579.0 黄2
光栅的角色散率和分辨本领 光栅方程 d sin k
光栅的角色散率为：
（ k 0， 1， 2 , ）
k d cos
Nd cos
平面反射镜
B3
B1 平面反射镜
B2
平面反射镜在载物台 上的放置方法
阿贝式自准直望远镜
目镜视场 分划线的上方交点 分划板 目镜 目镜套筒 小棱镜 物镜筒 物镜
透光小十字叉丝 小灯泡 分划板 叉丝像 物镜 平面镜
叉丝
小棱镜
调节望远镜的主光轴与分光计转轴垂直 （各调1/2法）
h/2 h
(a)叉丝像与分划 线的上方交点 有垂直位移h
27º55´ 34º57´ 35º28´ 37º22´ 37º56´ 37º58´ 42º0´ 43º8´ 47º5´ 48º14´ 48º18´
207º52´ 214º51´ 215º22´ 217º15´ 217º51´ 217º52´ 221º55´ 223º2´ 226º59´ 228º8´ 228º11´
采用“各调1/2法”，反复调节望远镜调平螺钉和载物台调平螺钉
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 × λ2、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。
大学物理实验教案(光栅的衍射)
ii.按下图将光栅放在载物台上，即原来放双面平行平面镜的位置。光栅面垂直平台下两调节螺丝b1，b2的连线;
iii.点亮望远镜上的小灯，转动载物台使光栅正对望远镜，调节b1或b2螺丝直到望远镜中看到光栅面反射回来的叉丝像与上方叉丝重合。注意：望远镜已调好，不能再次调节望远镜倾角调节螺钉。至此，光栅面与望远镜光轴垂直了，因而也与平行光管光轴垂直。调节完毕后应固定游标盘止动螺钉与载物台锁紧螺钉。
如果用分光计测出 ，则当λ已知时d可求，当d已知时λ可求。衍射角 为
其中 为望远镜对准所要测定的正级谱线时，A，B两游标读数。 为望远镜对准所要测定的负级谱线时，A，B两游标读数。
教学重点与难点
重点：1.分光计的调节（望远镜调焦、望远镜光轴调节、平行光管调节等）；
2.光栅放置位置的要求；
3.衍射角测量方法。
根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的平行光束投射到光栅平面上时，光波将在两个透光狭缝处发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉，其结果是在透镜的焦平面上得到一排明亮分立的光谱线。
当平行光垂直入射时，相邻两缝对应点出射的光束的光程差为
式中d为光栅常数， 称为衍射角。
根据衍射光的干涉条件，当衍射角满足下式时
《物理实验教程》——丁慎训张连芳主编
《大学物理实验》——霍剑青吴泳华等主编
评分标准
一、预习及操作评分标准
85 — 95分
1.预习充分
2.实验时能脱离讲义或稍看讲义,独立完成;
3.遵守操作规程,仪器调整或电路连接又快又正确,实验中仪器操作较熟练;
4.能主动排除故障,对发生的问题能进行分析判断;
5.读数(有效数字,单位)、记录正确。
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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。