分光计的调节和用衍射光栅测定光的波长.docx

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南昌大学物理实验报告
课程名称：大学物理实验.
实验名称：分光计调整及光栅常数测量.
学院：信息工程学院专业班级：通信152
学生姓名：宋县锋.
学号：6102215068 序号：23 .
实验地点：
311 .
实验时间：第12周星期3下午 3.45开始.
三、实验仪器：
分光计、光源、光栅、自准镜
四、实验内容和步骤：
.分光计调整
（1）熟悉分光计各调节螺钉作用后，目视粗调载物台、望远镜及平行光管基本水平。

（2）用自准直法将望远镜调焦到无穷远
（3）载物台转轴与望远镜光轴垂直的调节
在望远镜视场中能够看到平面反射镜两面反射回的像。

规律：
平面反射镜两面反射回的像都在视场上方（或下方）时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉。

平面反射镜两面反射回的像一面在视场上方另一面在视场下方时，只需调节载物台的水平调节螺钉。

注意：认定上、下方的像之间的距离后，将在视场上方的像下调1/2距离，或将在视场下方的像上调1/2距离。

调节平行光管
打开光源放在狭缝前，望远镜对准平行光管。

左右移动目镜，观测不同颜色，记录数据。

五、实验数据与处理：=
λ绿光546.07nm =
λ黄光（光1=589.59nm；光2=589.0nm）
初始左右
白0°180°
紫344°50′164°45′
绿341°10′161°8′
黄1 340°11′160°11′
黄2 339°15′159°12′。

分光计的使用用光栅测波长一．实验介绍与引入：１．精确测量光线偏折的角度是光学实验技术的重要内容之一。

光在传播过程中的衍射、散射等物理现象也都与角度有关；一些光学量如光栅常数、光波波长等都可以通过直接测量有关的角度去确定。

２．本实验所使用的分光计便是一种能精确测量角度的基本光学仪器，常用来测量折射率、光波波长、色散率和观察光谱等。

３．分光计的基本部件和调节原理与目前生产及科研上常用的光学仪器（如单色仪，摄谱仪等）有许多相似之处（后者一般在分光器件和谱线采集系统上更复杂、精确）。

学习和使用分光计可以为今后使用此类精密的光学仪器打下良好的基础。

二．实验目的与内容：1．了解分光计的结构和工作原理；２．掌握分光计的调节方法；３．用分光计测量光栅常数和用光栅测波长。

三．实验注意事项：1．任何时候都不能用手触及光栅和平面镜的光学表面，只能用手拿非光学面即侧面或底座。

2．光学元件要轻拿轻放，防止光栅和平面镜碰撞或从载物台上摔落，导致元件破损。

3．在调节分光计的过程中，用力要轻，动作要慢，不得随意旋转和拨动，以免造成仪器的严重磨损。

4．实验完成后，请将仪器整理好，光栅和平面镜归还原处。

四．实验原理与技术指导：(粗体部分一般需要和学生强调，其他内容按学生具体情况选择。

)（一）分光计的调节：１．请同学打开汞灯预热，并对照教材上的结构图和网上教学辅导系统，结合实际仪器了解分光计各部分的结构和各旋钮的作用。

２．分光计的调节要求。

用分光计进行测量之前,需要对仪器进行调节,使之达到如下要求:1）望远镜能接收平行光(或者适于观察平行光),且其光轴垂直于分光计的主轴(即仪器竖直方向中心轴)；2)平行光管出射平行光,其光轴亦垂直于分光计的主轴。

在要求1)中望远镜调节是关键，是难点，也是要求2)的基础。

３．分光计望远镜调节的具体作法分2步——粗调、细调。

①粗调：通过目测调节，使载物平台水平，使望远镜光轴水平，当平面反射镜“两面”正对望远镜时，都能从望远镜里看到亮十字。

实验四分光计的调整及光栅常数的测定分光计作为基本的光学仪器之一，它是精确测定光线偏转角的仪器，也称之为测角仪。

光学中很多基本量（如反射角、折射角、衍射角等）都可以由它直接测量。

因此，可以应用它测定物质的有关常数（如折射率、光栅常数、光波波长等），或研究物质的光学特性（如光谱分析）。

应用分光计必须经过一系列仔细的调整，才能得到准确的结果。

因此，在学习使用过程中，要做到严谨、细致，才能正确掌握。

【实验目的】1．了解分光计构造的基本原理。

2．学习分光计的调整技术，掌握分光计的正确使用方法。

3．利用分光计测定光栅常数。

【实验原理】1．分光计光线入射到光学元件上，由于反射或折射等作用，使光线产生偏离，分光计就是用来测量入射光与出射光之间偏离角度的一种仪器。

要测定此角，必须满足两个条件：⑴入射光与出射光均为平行光；⑵入射光、出射光以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。

为此，分光计上装有能造成平行光的平行光管、观察平行光的望远镜及放置光学元件的载物台，它们都装有调节水平的螺钉。

为了读出测量时望远镜转过的角度，配有与望远镜连接在一起的刻度盘，如图4-1所示。

各部分别介绍如下：⑴读数装置。

在底座19的中央固定一中心轴，度盘22和游标盘21套在中心轴上，可以绕中心轴旋转；度盘下端有轴承支撑，使旋转轻便灵活；度盘上的刻线把360°圆周角分成720等份，每份为30′。

同一直径方向两端各有一个游标读数装置，测量时，对望远镜的两个位置中每一位置都读出两个数值，然后对同侧的差值读数取平均值，这样可以消除因偏心引起的误差（见本实验参考资料）。

⑵平行光管。

立柱23固定在底座上，平行光管3安装在立柱上，平行光管的光轴位置可以通过立柱上的调节螺钉26、27分别进行左右、水平微调，平行光管有一狭缝装置1。

旋松螺钉2，转动装有狭缝的内套筒使狭缝成严格的垂直状，前后移动内套筒，使狭缝严格地处在透镜焦平面上，则平行光管发出狭缝平行光。

南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：光栅衍射实验学院：机电工程学院专业班级：能源与动力工程162班学生姓名：韩杰学号：**********实验地点：基础实验大楼座位号：mm m m m m d d d d ϕϕϕϕϕϕtan ln )()ln (22∆=∆∂∂=∆∂∂=∆（2）λ的不确定度 sin /m d m λϕ=ln ln ln(sin )ln m d m λϕ=+-cos ln 1sin tan ln 1m m m m d dϕλϕϕϕλ∂==∂∂=∂2221()()tan λϕλϕ∆∆=+∆m md d 由以上推导可知，测量d 时，在m ϕ∆一定的情况下，m ϕ越大d 的偏差越小。

但是m ϕ大时光谱级次高，谱线难以观察。

所以要各方面要综合考虑。

而对λ的测量，也是m ϕ越大不确定度越小。

综上，在可以看清谱线的情况下，应该尽量选择级次高的光谱观察，以减小误差。

6.2 求绿线的d 和λ并计算不确定度 1）二级光谱下：由sin mm d λϕ=，代入数据m ϕ=19，可得d =3349.1nm又由mm m m m m dd d d ϕϕϕϕϕϕtan ln )()ln (22∆=∆∂∂=∆∂∂=∆，m ϕ∆=2’得d ∆=3349.1*[2π/(60*180)]/tan(19)=0.6nmd =(3349.1±5.7)nm而实验前已知光栅为300线每毫米，可见测量结果与实际较吻合。

再用d 求其他光的λ：sin /m d m λϕ=2221()()tan λϕλϕ∆∆=+∆m md d对波长较长的黄光：ϕm =20 o 15＇,d=3349nm 代入，可得λ=579.6nm ，λ∆=1.4nm可以看到，三级谱线下测量后计算的结果教二级谱线下的结果其偏差都更小，与理论推断吻合。

6.3 在i=15 o 时，测定波长较短的黄线的波长。

由，m=2，可得：在同侧：λ=577.9nm在异侧：λ=575.9nm6.4 最小偏向角法求波长较长的黄线的波长由公式：,3,2,1,0,2sin2±±±==m m d λδ代入数据：m=2,δ= 39o 51＇代入，得λ=579.4nm与实际值吻合良好。

分光计调整和光栅常数测量实验报告一、实验目的1、了解分光计的结构，掌握分光计的调节和使用方法。

2、观察光栅衍射现象，测量光栅常数。

二、实验原理1、分光计的原理分光计是一种能精确测量角度的光学仪器。

它由望远镜、平行光管、载物台和读数装置等部分组成。

通过调节分光计，使望远镜和平行光管的光轴都与仪器的中心转轴垂直，从而能够准确测量光线的偏转角度。

2、光栅衍射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），在已知入射光波长的情况下，通过测量衍射角$＼theta$，可以计算出光栅常数$d$。

三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面反射镜四、实验步骤1、分光计的调整粗调：将望远镜、平行光管和载物台大致调水平。

望远镜的调节：调节目镜，使分划板清晰；将平面反射镜放在载物台上，通过调节望远镜的俯仰和水平调节螺丝，使反射回来的十字像清晰且与分划板上的十字叉丝重合。

平行光管的调节：打开平行光管的狭缝，调节平行光管的俯仰和水平调节螺丝，使狭缝像清晰且与望远镜分划板的竖线平行。

载物台的调节：使载物台平面与分光计的中心转轴垂直。

2、光栅的放置将光栅放在载物台上，使光栅平面与平行光管的光轴垂直。

3、测量光栅常数用汞灯作为光源，照亮平行光管的狭缝。

转动望远镜，观察光栅衍射光谱。

找到中央明条纹（零级条纹）和左右两侧的一级、二级等衍射条纹。

分别测量各级衍射条纹对应的角度。

为了减小误差，采用左右游标读数法，即分别读取左右游标对应的角度值，然后取平均值。

五、实验数据记录与处理1、分光计游标读数左游标读数右游标读数2、各级衍射条纹的角度测量一级衍射条纹（左）一级衍射条纹（右）二级衍射条纹（左）二级衍射条纹（右）3、数据处理根据光栅方程计算光栅常数。

实验4用衍射光栅测光波波长
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
实验41 用衍射光栅测光波波长
【实验目的】
1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射的基 本规律。
2.学会测定光栅常数以及原子光谱的波长。 3.进一步熟悉分光计的调节与使用。
【实验仪器】 分光计，全息透射光栅，平行光管，低压汞灯。 【实验原理】 如图41－1所示：
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
【思考题】
1.通过分光计的调节，掌握了哪几种光学 仪器的调节方法？
2.用光栅测光波波长，对分光计有什么要 求？
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不和二级光谱线， 注意观察叉丝的交点是否在各条谱线的中央位 置，如果有高低变化，可对图41-3中的螺丝 （ B 3不B要1B再2 动）予以校正。也可以调望远镜 和平行光管上的高低调节螺钉。
4.用望远镜对准汞光谱中的明亮绿谱线（绿谱线 的波长为546.07 mm ），分别记录左右一级两 个角度位置。当测右侧谱线时，分光计左右的 两窗口读数分别为 和 ；当测左侧谱线时， 两窗口读数分别为 和 则由分光计原理知：

ห้องสมุดไป่ตู้
【实验目的】
1. 了解分光计的主要构造及各部分的作用。 2. 掌握分光计的调节要求和使用方法。 3. 观察光栅衍射现象，测量汞灯在可见光范围内几条强光光谱线的波长。
【仪器用具】
JJY 型分光计、汞灯及电源、透射式平面刻痕光栅、平面反射镜
【实验原理】
1. 光栅衍射的原理 光的衍射现象是光的波动性的一种表现，它说明光的直线传播是衍射现象不显著时的近似结 果。研究光的衍射不仅有助于加深对光的波动特性的理解，也有助于进一步学习近代光学实验技 术，如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、光学信息处理等。 光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，它能产生谱线间距较宽的匀排光谱。光栅不 仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波，常用在光谱仪上。光栅在结构上有平面光栅、阶梯 光栅和凹面光栅等几种，从观察的方向又分为透射式和反射式两类。 本实验选用透射式平面刻痕光栅。 透射式平面刻痕光栅是在光学玻璃片上刻划大量相互平行、 宽度 和间隔相等的刻痕而制成的。光栅上的刻痕起着不透光的作用，光线 只能在刻痕间的狭缝中通过，因此，光栅实际上是一排密集、均匀而 又平行的狭缝，刻痕间的距离称为光栅常数。 如图 15-1 所示，设有一光栅常数 d AB 的光栅 G ，一束平行 光以入射角 i (入射光与光栅法线的夹角)，入射于光栅上产生衍射， 衍射角为 (衍射光与光栅法线的夹角) 。从 B 点作 BC 垂直于入射 线 CA ，作 BD 垂直于衍射线 AD ，则这两条相邻的入射光线的光程 差为 CA + AD 。如果在这个方向上由于光振动的加强而在 F 处产生 一个明条纹，则光程差 CA + AD 应等于波长的整数倍，即：
【仪器介绍】
1. JJY 型分光计的构造
图 15-4 JJY 型分光计的结构示意图

4316.729 0.000353
绿光波长 5461埃
8.43148E-05 7.10899E-09
波长不确定度（埃） 2
3
3
5
5
4
①、光栅常数
k 2 d 3.3199 0.0004 m
k 1 d 3.316 0.002 m
2020/3/5
重庆邮电大学理学院物理实验中心
使用复色光源时，由光栅方程，各衍射级次中不同
波长成分的衍射角θ不同，从而获得分光。
本实验采用低压汞灯能发出四种不同波长的光：紫光波长 紫=4358A0，绿光波长绿=5461A0，黄光波长黄1=5770A0，黄 光波长黄2=5791A0
-2
2020/3/5
-1
0
+1
+2
重庆邮电大学理学院物理实验中心
18
②、各光波波长 k 2
0
黄2 5793 2A
0
黄1 5779 3A
0
紫 4374 3A
k 1
0
A 黄2 5838 5
0
黄1 5810 5A
0
紫 4317 4A
本实验采用低压汞灯能发出四种不同波长的光：紫光波长 紫 =4358A0，绿光波长绿=5461A0，黄光波长黄1=5770A0，黄光 波长黄2=5791A0;所用光栅规格为每毫米300刻线。有测量结果可 知：利用光栅衍射级次高的谱线测量，可以提高测量的准确度。
θ满足如下光栅方程时，得到衍射主极大。
d sin k (k 0,1,2 )
光栅常数d，波长λ以及衍射角θ三个量，已知其 中两个，则第三个可由光栅方程求得。
2020/3/5
重庆邮电大学理学院物理实验中心

如果入射光不是单色光，如我们实验中所用光线为白光，则 对不同波长的光，同一级衍射光谱将有不同的衍射角，除k=0外， 其余的按波长增加依次排开，形成彩色谱线，称为光栅衍射谱， 于是复色光被分成单色光。如下图所示 如果已知光栅常数d，用分光镜测出衍射角 k ，则由公式 d sin k k 即可求出对应的单色光的波长。
为了消除偏心差的影响，设置了相差为 的两个 游标。可以证明，当左右都存在偏心差的时候，他 们的平均值不存在偏心差，实验中，若第+K级谱线 的左右游标读数分别为 k 和 ‘ ，-k级谱线的左右游 k ‘ 标读数为 -k 和-k 则K级衍射谱线的衍射角为
1 = [(k k ) ( k k )] 4
二、光栅衍射原理
光栅是根据多缝衍射的原理制成的一种分光原件，它能产生 谱线间距较宽的匀排光谱。当一束平行光垂直入射到光栅上时， 便可产生对称衍射现象。根据光栅衍射理论，衍射光谱中明条 纹的位置由下式决定：
d sin k k k 0, 1, 2,......
D为光栅常数，（是光栅两刻线之间的距离，用d表示）一般 给出的是它的倒数，即单位长度的刻度数，k为明条纹级数， k 为第以观察到中央主极大，称为零级谱线，其他 1, 2对称分 布在零级谱线两侧。
（1）当望远镜水平，且平面镜法线水平时，望远镜光轴下方N 点的”十”字透光孔发出的光线经平面镜反射，形成的反射 像应该在上十字叉丝p点，视场中p点与N点关于O对称，如图 所示
(2)望远镜水平，而平面镜法线不平行时，则转动载物台180 度后反射在望远镜上的十字绿线位置高低不同，但关于p点 对称，如下图所示，则由第一页所示，只需调节a₁a₂的高低 即可


三、读数原理
1、原理和方法 分光计的读数装置类似于游标卡尺，主刻度是360度的盘，分度 值为30’,角仪器的精密度为,如下图，读数为331度55’

实验十八分光计的调整及光栅衍射分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种仪器。

用它可以测量折射率、色散本领、光波波长等物理量。

分光计的结构复杂、装置精密，调节要求也比较高，使用时必须严格按调节要求和步骤仔细地调节。

它的调整方法和操作技能在光学仪器中具有普遍意义。

分光计的结构又是其它许多光学仪器（如摄谱仪、单色仪、分光光度计等）的基础。

学习它的调节原理，为使用其它更复杂的光学仪器打下了基础。

[实验目的]1. 了解分光计的结构和各部分作用，学会分光计的调整和使用方法。

2. 观察光栅的衍射光谱。

用光栅测定汞原子光谱部分谱线的波长。

[实验原理]光栅系由大量相互平行、等宽、等距的狭缝之组合。

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。

实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成，一般每毫米约250~600条线。

随着激光技术的发展，现在又制造出了全息光栅。

图17-1 光栅衍射光谱示意图当一束平行单色光垂直照射到光栅平面上，则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列锐细的明条纹（称为谱线）。

入射光与光栅法线夹角为φ(称衍射角),相邻两衍射光的光程差为d sin= kλ(17-1)k时,在透镜焦点处产生一明条纹。

式中λ为入射光波长，k为谱线的级次，φκ是第k级谱线的衍射角。

d称为光栅常数。

如果入射光为一束复色光，经光栅衍射后，在k=0处，各色光迭加在一起呈原色，称为中央明纹。

在中央明纹的两侧，且同一级k谱线按短波长向长波方向散开而形成彩色谱线，称光栅的衍射光谱。

图17-1为低压汞灯的第一级光栅衍射光谱。

它的每一级有四条特征谱线：紫色435.8nm；绿色546.1nm；黄色577.0nm和579.0nm。

从（17-1）式可见，如果已知光栅常数d。

用分光计测出第k级谱线中某一明条纹的衍射角φκ，可计算出该明条纹所对应的单色光的波长。

分光计的调节和用衍射光栅测定光的波长一、实验任务1．了解分光计的结构和调节过程, 学习正确调节分光计;2．观察光栅对钠光衍射现象；3．用光栅衍射法测量钠光的波长；4．观察白光的光栅衍射现象。

二、操作要点1．调节分光计（1）调节望远镜：先调节望远镜聚焦于无穷远处（即适合平行光），再调节望远镜的光轴与仪器的主轴垂直；（2）调节平行光管：先调节平行光管，使其发出平行光，再调节平行光管的光轴与仪器的主轴垂直。

2．调节光栅调节光栅平面的法线垂直于仪器的主轴，调节光栅刻痕方向平行于仪器的主轴。

3．测定钠光波长测出各级衍射亮线的角位置，将测量数据填入记录表格中。

光栅常数d =1/300 mm 。

4．观察光栅的白光衍射现象，并画出观察到的衍射图像。

三、注意事项1．分光计是较精密的仪器，调节时要严格按照操作规程；2．光栅是易损元件，注意轻拿轻放，以防打碎；3．为了延长钠光灯的使用寿命，严禁频繁开闭。

四、报告要求1．计算衍射角度，由所测的各λκ值计算λ−，并将λ−与钠黄光标准值λ = 589.3 nm 相比较，计算测量的相对偏差。

要求写出完整的计算过程，包括所用公式和代入实验数据后的表达式。

2．画出白光光栅衍射光谱示意图并标出光谱的色序排列。

五、设计性内容钠黄光由两条谱线组成，测量它们的波长差。

六、讨论题1、3 。

附录：FGY-10型分光计结构特点与使用方法简介（二校区实验室使用）该型分光计的望远镜、平行光管结构及其调整方法与讲义中介绍的基本相同，但其读数盘的结构及读数方法是不同的。

见下图：·1·读数装置：该分光计的读数装置如图所示，由主刻度盘、游标盘、照明灯及读数窗组成。

在主刻度盘周边沿半径方向刻有1080条透光线条，将周边等份为1080个分度。

每分度所对应的圆心角为20′。

在游标盘上对称地配置两个分度相同的游标。

游标的40个分度与主刻度盘上的39个分度对应的圆心角相同（13°00′00″）。

波的干涉 (interference)
一、波的干涉现象和规律 两列频率相同、振动方向相同并且相位差恒定的
波相遇，在交叠区域的某些位置上，振动始终加强，
而在另一些位置上，振动始终减弱或抵消，这种现
象称为波的干涉。
能够产生干涉现象的波，称为相干波。
相干条件：频率相同、振动方向相同且相位差恒定。
激发相干波的波源，称为相干波源。
当两列振幅相同的相 干波沿同一直线相向传 播时，合成的波是一种 波形不随时间变化的波， 称为驻波。
始终静止不动点称为波节；振幅始终最大的点 称为波腹。
设有两列相干波，分别沿 x 轴正、负方向传播,
表达式为
y1
=
A cos
2π( t
−
x
)
y2
=
A cos
2π( t
+
x
)
23
根据叠加原理，合成的波为
x
x
y
=
y1
+
y2
= Acos 2πx
2π( t
−
)
+
A cos
π( t
+
)
= (2A cos )cost
驻波的特点：没有振动状态或相位的传播，而是
介质中各质点作稳定的振动或段与段之间的相位突
变，与行波完全不同。
振幅最大的位置：波腹，对应于 即 x = 2k , k = 0,1,2,
4
振幅为零的位置：波节，对应于
A = A1+A2
干涉减弱的条件： Δ = (2k +1)π, k = 0,1,2,
A =A1−A2
若1 = 2，则有
=
r1 − r2

0 得到零级明纹。当 k
行光管和望远镜的光轴垂直。先用钠光灯照亮平行光管的狭缝，使望远镜
=
目镜中的分划板上的中心垂线对准狭缝的像，然后固定望远镜。将装有光
±1，
栅的光栅支架置于载物台上，使其一端对准调平螺丝 a，一端置于另两个
±2
调平螺丝 b、c 的中点，如图 12 所示，旋转游标盘并调整调平螺丝 b 或 c，
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光栅测光波波长 实验报告物理实验报告用分光计和 透射光栅测光波波长
痕和狭缝的宽度之和称为光栅常数，用 d 表示。 由光栅衍射的理论可知，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，
1 ---真理惟一可靠的标准就是永久自相符合 物理试验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》 【试验目的】 观看光栅的衍射光谱，把握用分光计和透射光栅测光波波长的方法。 【试验仪器】 分光计，透射光栅，钠光灯，白炽灯。 【试验原理】 光栅是一种特别好的分光元件，它可以把不同波长的光分开并形成光 明细窄的谱线。 光栅分透射光栅和反射光栅两类，本试验接受透射光栅，它是在一块 透亮的屏板上刻上大量互相平行等宽而又等间距刻痕的元件，刻痕处不透 光，未刻处透光，于是在屏板上就形成了大量等宽而又等间距的狭缝。刻
2．试验用的光栅是由明胶制成的复制光栅，衍射光栅玻璃片上的明胶
度盘上对径方向上的两个角度θ0 和θ0/，并记入表 4
部位，不得用手触摸或纸擦，以免损坏其外表刻痕。
中。
3．转动望远镜前，要松开固定它的螺丝；转动望远镜时，手应持着其
②
支架转动，不能用手持着望远镜转动。
右转望远镜，找到一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出
【数据记录及处理】
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南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：分光计调整及光栅常数测量学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼座位号：实验时间：一、实验目的：1.了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法；2.加深对光栅分光原理的理解；3.用透射光栅测定光栅常数。

二、实验原理分光计，是一种测量角度的精密仪器。

其基本原理是，让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜并成像在望远镜的焦平面上，通过目镜进行观察和测量各种光线的偏转角度，从而得到光学参量例如折射率、波长、色散率、衍射角等。

光栅和棱镜一样，是重要的分光元件，已广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中。

光栅是一组数目极多的等宽、等间距的平行狭缝，如下图中的G，用刻线机在透明玻璃片上刻出痕宽为b(不透光部分)、缝宽为a(透光部分)的N条平行狭缝，就构成了一个笼透射光栅,d=a+b即为光栅常数。

本实验所用的全息光栅，则是用当全息技术使一列极密、等距的干涉条纹涂有乳胶的玻璃片上感光，经处理里后，感光的部分成为不透明的条纹;而未感光的部分成透光的狭缝。

图1如图2所示，狭缝光源S位于透镜L的物方焦平面上，G为光栅，自1L射出的平行1光垂直照射在光栅G 上。

透镜2L 将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其像方焦面上的θP 点，产生衍射亮条纹的条件为:λθK d ±=sin （ ⋯⋯±±=,2,1K ） （1）式(1)称为光栅方程，式中缝距d 称为光栅常数，λ为入射光波波长，θ为衍射角，K 为衍射光谱级数。

当K=0时，在θ=0的方向上，各种波长的亮线重叠在一起，形成明亮的零级像。

对于K 的其他数值，不同波长的亮线出现在不同的方向上形成光谱，对称地分布在零级条纹的两侧。

因此，若光栅常数d 已知，测出某谱线的θ和光谱级K ，则可由式(1)求出该谱线的波长λ。

反之如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d 。

300
入射光
d
a
b
光栅
1
d sin 1
1
一级明条纹
中央明条纹
一级明条纹
k = -1
k =0
k = +1
入射光经过透射
光栅后，在不同的
衍射角度，会形成
以中央明条纹为对
称中心的±1, ±2,⋅⋅⋅
各级衍射条纹。
平行光管
平行光
载物台
光栅
望远镜
一级明纹 中央明纹
= −1
=0
一级明纹
= +1
k = -1
k =0
k = +1
0级明纹的位置 0 =
正负一级明纹
的平均偏转角：
+1级明纹的位置
测量值
1
2
0 + 0
1
1 = [ − 0 +
2
1
1 = − −1
2
0 − − ]
用分光计和衍射光栅测光波波长
【实验目的】
1、学会分光计的调节和使用方法。
2、学会用光栅测量光波波长的方法。
【实验原理】
单色光垂直照射光栅：


光栅方程
sin =

sin
= 0, ±1, ±2, ±3 ⋅⋅⋅
其中d 为光栅常数， d=a+b
1
本实验中d=
mm（每毫米有300条刻痕）
利用分光计，可对
衍射条纹的衍射角φ
进行精确测量。
分光计刻度盘
和望远镜一起
移动，游标盘
上有左右两个
游标，分别读
数加起来除以
二是望远镜位
置的测量值。

竭诚为您提供优质文档/双击可除光栅测波长实验报告篇一：光栅衍射实验报告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?。

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：d?sin??sini??m?（1）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：图1光栅的衍射式中，?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，dsin?m?m?（2）这里，m=0，±1，±2，±3，…，m为衍射级次，?m第m级谱线的衍射角。

图2衍射光谱的偏向角示意图图3光栅衍射光谱2．用最小偏向角法测定光波波长如图2所示，波长为?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d?sin??sini??m?（3）若以△表示入射光与第m级衍射光的夹角，称为偏向角，i（4）显然，△随入射角i而变，不难证明??i时△为一极小值，记作?，称为最小偏向角。

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。