大学物理实验教案(光栅的衍射)

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。

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 。

大学物理实验教案实验项目光栅的衍射教学目的1. 观察光的衍射现象，了解光栅分光的原理。

2. 测定光栅常数和光波波长。

实验原理当光射到光栅面上时，在透光狭缝处光线可透过，而在不透光处则不能透过。

若这些透光狭缝的宽为。

相邻狭缝间不透光部分的宽度为，，称为光栅常数。

本实验装置产生的光栅衍射是夫琅和费衍射，因为衍射屏（光栅）与光源及观察屏之间的距离均为无穷远（入射光栅的入射光和出射光栅的衍射光均为平行光）。

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则该衍射角方向上的光将会得到加强，叫做主极大，其它方向的光或者完全抵消，或者强度很小在焦平面上形成暗背景。

我们把时所对应的主极大分别称为中央(0级)极大，正负第一级极大，正负第二级极大，……。

如果入射光不是单色光，而是包含几种波长的光，对于同一级次光的波长λ不同，其衍射角也各不相同，于是复色光将被分解，从而在不同的地方形成不同颜色的光谱线。

但是，在中央主极大位置上，即K=0，处，各颜色的光仍重叠在一起，形成中央明条纹。

在中央条纹两侧对称分布着级光谱，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，对同一级谱线来说，λ越大，衍射角也越大，λ越小，越小，即彩色谱线排列是长波谱线在外侧，短波谱线在内侧。

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。

难点：1. 分光计调节；2. 游标盘读数。

光栅衍射实验实验报告.doc 光栅衍射实验实验报告一、实验目的1.通过实验观察光栅衍射现象，了解光栅衍射的原理和特点。

2.掌握光栅方程，能够利用光栅方程计算不同级次的衍射角。

3.学习使用分光计进行角度测量，提高实验技能和数据处理能力。

二、实验原理光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件，当一束平行光垂直照射在光栅上时，会发生衍射现象。

光栅衍射的原理是多缝衍射和单缝衍射的结合，通过光栅方程可以描述不同级次的衍射角与波长之间的关系。

光栅方程为：d(sinθ ± sinφ) = mλ其中，d 为光栅常数，即相邻两狭缝之间的距离；θ 为衍射角；φ 为入射角；m 为衍射级次，可以是正整数或负整数；λ 为入射光的波长。

三、实验步骤1.调整分光计，使平行光管发出平行光，并调整光栅位置，使平行光垂直照射在光栅上。

2.观察光栅衍射现象，可以看到在屏幕上出现了一系列明亮的衍射条纹。

3.转动分光计上的望远镜，对准某一衍射条纹，记录此时望远镜的角度读数。

4.重复步骤3，对准不同级次的衍射条纹，记录相应的角度读数。

5.根据光栅方程，计算不同级次的衍射角。

6.分析实验数据，得出实验结论。

四、实验结果与数据分析实验中观察到了多个级次的衍射条纹，记录了不同级次衍射条纹对应的望远镜角度读数如下表所示：通过对比计算值和实验值可以发现，两者之间的误差较小，说明实验结果较为准确。

同时，不同级次的衍射角随着级次的增加而增加，符合光栅方程的规律。

五、实验结论本次实验通过观察光栅衍射现象，了解了光栅衍射的原理和特点。

掌握了光栅方程，能够利用光栅方程计算不同级次的衍射角。

同时，学习了使用分光计进行角度测量，提高了实验技能和数据处理能力。

实验结果较为准确，验证了光栅方程的正确性。

大学物理实验教案实验名称：光栅衍射法测定光波长 1 实验目的1）熟练分光计的调节。

2）理解光栅衍射现象；3）学习用光栅衍射法测定光的波长。

2 实验器材分光计、平面透射光栅、汞灯、平面反射镜3 实验原理3.1 实验原理光栅和棱镜一样，是重要的分光光学元件，已广泛应用在光栅光谱仪、光栅单色仪等。

光栅是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝。

它分为透射光栅和反射光栅两种。

应用透射光工作的称为透射光栅，应用反射光工作的称为反射光栅。

现代制造光栅主要有刻划光栅、复制光栅和全息光栅等形式。

本实验用的是平面透射光栅。

描述光栅特征的物理量是光栅常数d ，其大小等于狭缝宽度a 与狭缝间不透光部分的宽度b 之和，即b a d +=，习惯上用单位毫米里的狭缝数目N 来描述光栅特性。

光栅常数d 与N 的关系为N d 1=（1）根据夫琅禾费衍射理论，波长为λ的平行光束垂直入射到光栅平面上时，透射光将形成衍射现象，即在一些方向上由于光的相互加强后光强度特别大，而其他的方向上由于光的相消后光强度很弱就几乎看不到光。

图40-1给出了形成光栅衍射的光路图。

如果入射光源为线光源，经过光栅后衍射图样为一些相距较大的锐利的色彩斑斓的明亮条纹组成。

而这些亮条纹1、光源2、狭缝3、凸透镜4、平面透射光栅5、光栅衍射光谱图40—1 实验原理示意图图40—2 汞灯的部分光栅衍射光谱示意图所在的方位由光栅方程所确定，方程为λφk d =sin （ 2,1,0±±=k ） （2）其中，d 为光栅常数，k 为衍射级别，λ为光波长，φ为衍射角它是光栅法线与衍射方位角之间的夹角。

由（2）式可见，同一级的衍射条纹，如果波长不同其衍射角不同，所以光栅具有分光功能。

图40-2为汞灯的部分光栅衍射光谱示意图。

光栅衍射现象是很容易观察到的，如果手头有一块光栅，可直接透过光栅观察某一光源就可看到衍射现象。

实验室中经常在分光计上利用光栅衍射现象来进行光波长或光栅常数的测量。

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。

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。

物理实验报告实验名称：不同光源的光栅的衍射学院、系：信息工程学院专业 (方向)：电子信息工程（1）班年级、班： 2012级学生姓名：李俊峰陈凤莉 指导教师：刘浩2013 年12 月18日不同光源的光栅的衍射一、报告摘要：分光计是一种精确测量光线偏转角度（如反射角、折射角、偏向角、衍射角等）的光学仪器。

通过角度的测量，可以测定材料的折射率、光栅常数、光波长、色散率等许多物理量。

分光计装置较精密，结构较复杂，调节要求也较高，对初学者来说有一定难度，要注意掌握其基本结构和测量原理，严格按调节要求和步骤耐心操作。

熟悉分光计的调节方法，对使用其它精密光学仪器（如单色仪、摄谱仪等）具有重要的指导意义。

光栅是一种折射率周期性变化的光学元件。

最常用的光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝组成的，通常是在一块平面玻璃上用金刚石刻制、复制或用全息照相等方法制成。

光栅是一种重要的分光元件，常被用来精确地测定光波长及进行光谱分析。

以衍射光栅为色散元件组成的摄谱仪和单色仪是物质光谱分析的基本仪器之一。

光栅衍射原理也是晶体X射线结构分析和近代频谱分析与光学信息处理的基础本文主要利用光栅与分光计对不同光源（红色、绿色、蓝色，白色，黄色，红色激光）的光谱进行分析测量。

二、实验目的：1、学会使用PS对光谱的拼接2、了解几种常用光源的波长范围。

3、了解几种常用光源的发光原理。

4、通过观察分析各种光谱的谱线特点。

三、实验原理：图一光栅衍射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 + =N 1，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。

《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。

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。

第1篇一、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. 加深理解光栅衍射公式及其成立条件。

二、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。

光栅可以产生衍射现象，使光发生色散。

光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作分光元件。

光栅衍射公式为：\[ d \sin \theta = m\lambda \]其中，d为光栅常数，θ为衍射角，m为衍射级次，λ为光波波长。

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. 米尺5. 计算器四、实验步骤1. 调整分光计，使望远镜与平行光管共轴。

2. 将光栅放置在分光计的载物台上，调整光栅与平行光管的距离，使光栅垂直于入射光。

3. 打开低压汞灯，调节光栅与平行光管之间的距离，使光栅衍射条纹清晰可见。

4. 记录衍射条纹的位置，计算衍射角θ。

5. 测量光栅常数d。

6. 根据光栅衍射公式，计算光波波长λ。

五、实验数据及结果1. 光栅常数d：_______ mm2. 衍射级次m：_______3. 衍射角θ：_______°4. 光波波长λ：_______ nm六、思考题1. 为什么光栅能产生色散现象？2. 光栅衍射条纹的特点是什么？3. 如何通过光栅衍射公式计算光波波长？七、实验总结本次实验通过光栅衍射实验，加深了对光栅原理及光栅衍射公式的理解。

通过实验，掌握了分光计的调整与使用方法，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。

实验过程中，注意观察现象，认真记录数据，计算结果，为后续实验打下了基础。

第2篇一、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. 加深理解光栅衍射公式及其成立条件。

二、实验原理光栅衍射实验是利用光栅对光波进行衍射和干涉，通过观察光栅衍射条纹，测定光波波长及光栅常数。

光栅衍射测波长实验
实验目的：利用光栅衍射法测量光的波长。

实验仪器：光栅衍射仪、汞灯、直尺、白纸、眼睛。

实验原理：光栅是一种具有规律刻线的透镜，可以将入射光分成不同的角度，形成不同的级差衍射。

当入射光垂直于光栅平面时，在不同级差位置处将出现明暗交替的条纹。

其中最明亮的位置为主极大，其他明暗相间的位置称为衍射级差，主极大与衍射级差之间的距离即为波长。

实验步骤：
1、将光栅衍射仪放在平直桌面上，保持正直，调整其高度和水平。

2、打开汞灯，将白纸放在屏幕处，将汞灯光线垂直于光栅，调节仪器使光束斜向照射光栅上。

3、调节仪器，使得与光栅平面平行的明条纹在屏幕上连续，直到观察到清晰的光栅衍射条纹并记录其位置。

4、移动屏幕，观察到不同级次的明暗交替的光栅衍射条纹，并计算与主极大相邻的两个衍射级差（即m=+1和m=-1）之间的距离d，根据单缝衍射的公式
d=λD/d，其中D为标准距离，d为光栅刻线间距，计算出光的波长λ。

5、反复进行以上步骤，得到更准确的波长值并计算平均值。

实验注意事项：
1、使用前检查光栅、汞灯是否正常。

2、保持实验仪器正直、稳定和有序。

3、观察屏幕上的条纹时，将眼睛与屏幕垂直于丝标，以免出现视差误差。

4、单次实验光强度较弱，需反复进行多次测量，尽可能提高测量精度。

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。

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。

实验17 光栅的衍射一、实验目的：1．观察光栅衍射光谱，进一步了解光的波动特征。

2．会用透射光栅测光栅常数及光波波长。

3．进一步熟悉分光计的调整和使用。

二、仪器及用具：分光计，光源，光栅、(汞灯或钠灯)。

三、实验原理：光栅(衍射光栅)是一种由许许多多等宽度，等距离的平行单缝组成的光学原件。

可分成透射光栅，反射光栅两种。

通常的光栅是在玻璃上刻上很多等宽度、等距离的平行刻痕形成。

刻痕处光不透过，而刻痕之间为狭缝。

其狭缝宽图 1度a 和刻痕宽度b 之和(a+b)称为光栅常数，用d 表示，即。

a+b=d ，如图1所示。

光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件。

它能把各种波长的混合光分解成单色光。

当平行光垂直照到一块光栅上时，将在每个缝处都发生衍射。

在衍射角ϕ的方向上，来自两个相邻缝相对应的衍射光的光程差为△，则△=dsin ϕ。

当△=κλ(=κO ，±1，±2……)时干涉出现极大值，从而有d sin ϕ=κλ，称为光栅方程，式中ϕ是衍射角，d=(a+b)是缝距称光栅常数，k 是光谱级数。

如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的焦面上将出现亮线，称为谱线。

在k ϕ=O 方向上可观察到中央极强，称为零级谱线。

其它级数的谱线对称地分布在零级谱线的两侧。

如果入射光不是单色光，则由光栅方程(a+b)sin k ϕ=κλ(k=O ，±1，±2……)可知，λ不同，k ϕ也不相同，于是复色光将分解。

而在中央明条纹k=0，k ϕ=O 处，各色光仍重迭在一起。

在中央明纹两侧对称地分布k=l ，2，……级光谱，各级谱线都按波长由小到大、依次排成一级彩色谱线，如图2所示，根据式：入射光k=+1 k=0 k= -1图2(a+b)sin k ϕ=κλ，如能测出k 级谱线的衍射角k ϕ，则从已知级数、波长大小，可以算出光栅常数d ；反之，已知光栅常数d 则可算出波长λ。

四、实验内容及步骤：1．光栅常数的测定。