《大学物理实验》教案实验22衍射光栅

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。

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\）。

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。