实验五 光栅衍射实验

实验五衍射光栅测定光波波长一、实验目的1.进一步熟悉分光计的调节和使用；2、通过分光计观察光栅的衍射光谱, 理解光栅衍射基本规律, 并测定光栅常数和光波波长。

二、实验原理根据夫琅禾费衍射理论, 当一束波长为λ的平行光垂直投射到光栅平面时, 光波将在每个狭缝处发生衍射, 经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉, 这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。

若在光栅后面放置一个汇聚透镜, 则在各个方向上的衍射光经过汇聚透镜后都汇聚在它的焦平面上, 得到的衍射光的干涉条纹根据光栅衍射理论, 衍射光谱中明条纹的位置由下式决定:（k=1, 2, 3, …）（1）或上式称为光栅方程, 式中是相邻两狭缝之间的距离, 称为光栅常数, λ为入射光的波长, k为明条纹的级数, 是k级明条纹的衍射角, 在衍射角方向上的光干涉加强, 其它方向上的光干涉相消。

当入射平行光不与光栅平面垂直时, 光栅方程应写为（k=1, 2, 3, …）（2）式中i是入射光与光栅平面法线的夹角。

所以实验中一定要保证入射光垂直入射。

如果入射光不是单色光, 而是包含几种不同波长的光, 则由式（1）可以看出, 在中央明条纹处（k=0、=0）, 各单色光的中央明条纹重叠在一起。

除零级条纹外, 对于其他的同级谱线, 因各单色光的波长λ不同, 其衍射角也各不相同, 于是复色入射光将被分解为单色光, 如图1所示。

因此, 在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的单色谱线, 称为光栅的衍射光谱。

相同k值谱线组成的光谱就称为k级光谱。

由此可以看出, 光栅光谱与棱镜光谱的重要区别, 就在于光栅光谱一般有许多级, 而棱镜光谱只有一级。

若已知某单色光的波长为λ, 用分光计测出k级光谱中该色条纹的衍射角, 即可算出光栅常数d。

如果已知光栅常数d, 用分光计测出k级光谱中某一条纹的衍射角, 按（1）式即可算出该条纹所对应的单色光的波长λ；二、实验仪器JJY型分光计, 汞灯, 平面透射光栅, 平面镜三、实验内容1.调整分光计为满足平行光入射的条件及衍射角的准确测量, 分光计的调整必须满足下述要求：平行光管发出平行光, 望远镜聚焦于无穷远, 即适合于观察平行光, 并且二者的光轴都垂直于分光计的转轴（详细的调整方法参见其它实验）。

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。

2、学会使用分光计测量光栅常数。

3、观察光栅衍射现象，研究衍射条纹的特点。

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，由于各狭缝衍射的光之间存在干涉，所以在屏幕上会形成明暗相间的衍射条纹。

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），通过测量衍射角＄＼theta$ 和已知的入射光波长＄＼lambda$，可以计算出光栅常数＄d$。

三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面反射镜等。

四、实验步骤1、调整分光计粗调：使望远镜、平行光管和载物台大致水平。

细调：通过调节望远镜目镜和物镜，使分划板清晰；调整望远镜与平行光管共轴；使载物台平面与分光计中心轴垂直。

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、观察衍射条纹打开汞灯，通过望远镜观察光栅衍射条纹。

4、测量衍射角找到中央明纹两侧的一级、二级等明纹，分别测量其衍射角。

5、数据记录与处理五、实验数据记录与处理｜衍射级数＄k$ ｜衍射角＄＼theta$（左）｜衍射角＄＼theta$（右）｜平均衍射角＄＼bar{＼theta}＄｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜＄10°20'＄｜＄190°20'＄｜＄10°20'＄｜｜ 2 ｜＄21°30'＄｜＄201°30'＄｜＄21°30'＄｜已知汞灯绿光波长＄＼lambda ＝ 5461nm$，根据光栅衍射方程＄d\sin\theta ＝ k\lambda$，计算光栅常数＄d$。

对于一级衍射，＄d\sin10°20' ＝ 1\times5461nm$，解得＄d ＝302×10^｛－6}m$。

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 。

工物系 核11 李敏 2011011693 实验台号19光栅衍射实验一、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； 二、实验原理2.1测定光栅常数和光波波长如右图所示，有一束平行光与光栅的法线成i 角，入射到光栅上产生衍射；出射光夹角为ϕ。

从B 点引两条垂线到入射光和出射光。

如果在F 处产生了一个明条纹，其光程差AD CA +必等于波长λ的整数倍，即()sin sin d i m ϕλ±= （1）m 为衍射光谱的级次， 3,2,1,0±±±.由这个方程，知道了λϕ,,,i d 中的三个量，可以推出另外一个。

若光线为正入射，0=i ，则上式变为λϕm d m =sin （2）其中m ϕ为第m 级谱线的衍射角。

据此，可用分光计测出衍射角m ϕ，已知波长求光栅常数或已知光栅常数求波长。

2.2用最小偏向角法测定光波波长如右图。

入射光线与m 级衍射光线位于光栅法线同侧，（1）式中应取加号，即d (sin φ+sin ι)=mλ。

以Δ=φ+ι为偏向角，则由三角形公式得2d (sin Δ2cosφ−i 2)=mλ （3）易得，当φ−i =0时，∆最小，记为δ，则(2.2.1)变为,3,2,1,0,2sin2±±±==m m d λδ（4）由此可见，如果已知光栅常数d ，只要测出最小偏向角δ，就可以根据（4）算出波长λ。

三、实验仪器3.1分光计在本实验中，分光计的调节应该满足：望远镜适合于观察平行光，平行光管发出平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。

3.2光栅调节光栅时，调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。

放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。

3.3水银灯1.水银灯波长如下表2.使用注意事项（1）水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V 电源，否则要烧毁。

光栅衍射实验报告
实验名称：光栅衍射实验
实验目的：通过测量光栅衍射实验中的衍射角和光栅的周期，研究光栅的特性，验证光栅衍射公式。

实验原理：
1. 光栅是由许多等距且平行的狭缝或透明条纹组成，光栅的周期为d。

2. 光栅衍射是指平行入射的光线通过光栅后，在屏幕上形成一系列亮暗相间的条纹。

其中亮条纹的位置满足以下衍射公式：mλ = d·sinθ，其中m为亮条纹的级次，λ为入射光的波长，θ
为衍射角。

实验器材：
1. 光源
2. 凸透镜
3. 光栅
4. 屏幕
5. 三角架、卡尺、转角器等实验辅助器材
实验步骤：
1. 将光栅平行于光线方向放置在光源与屏幕之间的适当位置上，并确保光栅与光源之间的距离为适当距离。

2. 调节光源和屏幕的位置，使得入射的光线通过凸透镜后，平行于光栅表面入射。

3. 用转角器测量衍射角θ的大小，并记录下来。

4. 移动屏幕，观察并记录下不同级次m下亮条纹的位置。

5. 根据衍射公式计算光栅的周期d，并与实际值进行对比。

实验数据处理与分析：根据实验所得到的衍射角θ和亮条纹的位置数据，可以通过衍射公式mλ = d·sinθ计算光栅的周期d。

然后将计算值与实际值进行比较，评估实验的准确性和可靠性。

实验结论：
1. 实验结果与理论预期符合，验证了光栅衍射公式的正确性。

2. 实验结果与实际值相比较，评估实验的准确性和可靠性。

3. 光栅的周期可以通过测量衍射角和亮条纹位置来计算。

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。

实验目的：1. 理解衍射光栅的原理及其在光谱分析中的应用。

2. 通过实验验证光栅方程，观察不同波长的光在光栅上的衍射现象。

3. 掌握使用衍射光栅进行光谱分析的方法。

实验原理：衍射光栅是一种利用光栅原理实现光分光的装置。

当一束光通过光栅时，光波在光栅的狭缝间发生干涉，形成明暗相间的衍射条纹。

根据光栅方程，当光栅常数（狭缝间距）和入射角满足特定条件时，衍射角处会出现明亮的衍射条纹。

实验仪器与材料：1. 光栅仪2. 激光光源3. 光栅4. 分光计5. 光电探测器6. 数据采集与分析软件实验步骤：1. 将光栅固定在光栅仪上，调整光栅与激光光源的相对位置，确保激光垂直照射到光栅上。

2. 使用分光计调整衍射光栅的入射角，使激光束垂直于光栅表面。

3. 打开激光光源，记录光电探测器接收到的衍射光信号。

4. 改变入射角，重复步骤3，记录不同角度下的衍射光信号。

5. 利用数据采集与分析软件对实验数据进行处理，绘制衍射光谱图。

实验结果：1. 观察到在特定入射角下，光电探测器接收到的衍射光信号呈现明暗相间的条纹，即衍射条纹。

2. 通过分析衍射光谱图，发现不同波长的光在光栅上的衍射角度不同，验证了光栅方程的正确性。

3. 通过计算衍射角度与入射角之间的关系，得到光栅常数。

实验分析与讨论：1. 通过实验验证了光栅方程的正确性，即衍射角与光栅常数、入射角和光波波长之间存在一定的关系。

2. 实验结果表明，不同波长的光在光栅上的衍射角度不同，说明光栅可以实现对不同波长的光进行分离。

3. 在实际应用中，衍射光栅常用于光谱分析，通过分析衍射光谱图，可以确定物质的组成和结构。

实验结论：1. 光栅衍射实验验证了光栅方程的正确性，即衍射角与光栅常数、入射角和光波波长之间存在一定的关系。

2. 光栅可以实现对不同波长的光进行分离，因此在光谱分析等领域具有广泛的应用。

注意事项：1. 实验过程中，注意调整光栅与激光光源的相对位置，确保激光垂直照射到光栅上。

衍射光栅实验报告一、实验目的1、了解衍射光栅的工作原理。

2、测量衍射光栅的光栅常数。

3、观察衍射条纹的特征，并研究其与光栅参数的关系。

二、实验原理衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它可以将入射的单色平行光分解成不同方向的衍射光。

当一束平行光垂直入射到光栅上时，在光栅的后面会出现一系列明暗相间的条纹，这些条纹称为衍射条纹。

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），通过测量衍射角$＼theta$和已知的入射光波长$＼lambda$，可以计算出光栅常数$d$。

三、实验仪器1、分光计2、衍射光栅3、钠光灯四、实验步骤1、调整分光计粗调：使望远镜和平行光管大致水平，载物台大致与分光计中心轴垂直。

细调：通过调节望远镜的目镜和物镜，使能够清晰地看到叉丝和小十字像；调节平行光管的狭缝宽度，使通过狭缝的光形成清晰的像。

2、放置衍射光栅将衍射光栅放置在载物台上，使光栅平面与分光计中心轴平行。

3、观察衍射条纹打开钠光灯，使平行光垂直入射到光栅上，在望远镜中观察衍射条纹。

调节望远镜的位置和角度，使能够清晰地看到中央明纹和各级衍射条纹。

4、测量衍射角选择左右两侧的某一级衍射条纹（如第一级），分别测量其对应的衍射角。

转动望远镜，使叉丝对准衍射条纹的中心，读取两个游标的读数。

然后将望远镜转向另一侧，对准同一级衍射条纹的中心，再次读取游标的读数。

两次读数之差即为衍射角的两倍。

5、重复测量对同一级衍射条纹进行多次测量，取平均值以减小误差。

6、更换光栅，重复实验五、实验数据及处理1、实验数据记录｜衍射级数｜左侧游标读数（°）｜右侧游标读数（°）｜衍射角（°）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜285°10′ ｜105°20′ ｜39°55′ ｜｜ 1 ｜284°50′ ｜105°40′ ｜40°05′ ｜｜ 1 ｜285°00′ ｜105°30′ ｜40°00′ ｜2、数据处理计算衍射角的平均值：＄＼theta ＝＼frac{39°55′ ＋40°05′ ＋40°00′｝｛3} ＝40°00′＄将衍射角转换为弧度：＄＼theta ＝ 40°＼times ＼frac{＼pi}｛180} ＼approx 0698$（弧度）已知钠光灯的波长$＼lambda ＝ 5893$nm，根据光栅衍射方程$d\sin\theta ＝ k\lambda$，＄k ＝ 1$，可得光栅常数$d ＝＼frac{＼lambda}｛＼sin\theta} ＼approx 167\times10^｛－6}＄m六、误差分析1、分光计的调节误差：分光计没有调节到完全准确的状态，可能导致测量的衍射角存在偏差。

光栅的衍射实验报告引言：衍射是光的一种特性，指的是光通过物体边缘或孔洞时产生的弯曲或波动现象。

作为光学实验中的重要内容，衍射实验能够帮助我们更好地理解光的性质和行为。

本实验报告将详细介绍光栅的衍射实验，并对实验结果进行分析和讨论。

实验目的：1. 了解光栅的特性和原理；2. 掌握实验装置的搭建和操作方法；3. 观察和记录光栅衍射的现象；4. 分析实验数据，验证光的衍射理论。

实验器材和原料：1. 光源：白炽灯；2. 光栅：使用常规光栅，间距为d；3. 准直系统：凸透镜、光屏和支架。

实验步骤：1. 将凸透镜和光栅放置在合适的位置，调整光源的位置使得光线通过光栅；2. 调整凸透镜的位置，使光线集中到一点，并投影在光屏上；3. 观察光屏上的衍射条纹，并记录实验结果；4. 改变光栅间距，重复步骤3，观察光屏上的变化。

实验结果：实验中观察到的衍射现象是在光屏上出现了一系列明暗相间的直线条纹，这些条纹的宽度和亮度不均匀分布。

当改变光栅的间距时，我们注意到衍射条纹的密度和宽度也会有所不同。

实验讨论：1. 光栅的原理与特性：光栅是由许多狭缝组成的光学元件，它能够将入射光线分散成许多平行的光束，进而产生衍射现象。

光栅的间距决定了衍射条纹的密度，而狭缝的宽度和形状则决定了条纹的亮度和形态。

2. 衍射现象的解释：光通过光栅时，会发生衍射现象。

根据光的波动性质，入射光波会被光栅狭缝分散成许多次级波，这些次级波会干涉形成衍射条纹。

其中，主极大对应条纹的亮度最高，而次级极大和极小对应着条纹的暗亮交替。

3. 影响衍射现象的因素：除了光栅的间距和狭缝宽度外，光源的波长也会对衍射条纹产生影响。

较长波长的光线更容易产生衍射现象，而较短波长的光线则很难显示衍射条纹。

4. 实验误差和改进方案：实验中可能存在的误差主要包括光源的稳定性和光栅的制造差异。

为了减少误差，可以采用更稳定的光源和标准化的光栅。

结论：通过对光栅的衍射实验的观察和分析，我们验证了光的波动性质以及衍射理论。

光栅衍射法测光波波长实验报告目录一、实验目的与要求 (2)1. 实验目的 (2)2. 实验要求 (3)二、实验原理 (3)1. 光栅基本原理 (4)2. 衍射原理简介 (5)3. 光波波长测量方法 (6)三、实验仪器与材料 (7)1. 主要仪器 (8)双缝干涉仪 (8)读取装置 (9)2. 实验材料 (11)光波源 (11)透明介质 (13)测量尺 (14)四、实验步骤 (15)1. 光路搭建 (16)2. 数据采集 (18)3. 数据处理 (19)4. 结果分析 (20)五、实验结果与讨论 (20)1. 实验数据记录 (21)2. 数据处理与分析 (22)3. 结果讨论 (23)实验误差分析 (24)结果合理性探讨 (25)六、实验结论与展望 (26)1. 实验结论 (27)2. 实验不足与改进 (28)3. 未来研究方向 (30)一、实验目的与要求本次实验的目的是通过光栅衍射法测量光波的波长，光栅衍射作为一种重要的光学现象，在研究光的波动性和干涉性方面具有重要的应用价值。

通过本实验，我们希望能够加深对光栅衍射现象的理解，并准确地测量出光波的波长，进一步探究光波的特性。

本实验旨在通过光栅衍射法测量光波波长，加深对光栅衍射现象的理解，掌握相关实验技能和技术，为今后的学习和研究打下坚实的基础。

1. 实验目的理论联系实际：将所学的光学理论应用于实际问题解决中，通过实验手段验证理论的正确性。

掌握光栅衍射的基本原理：通过实验观察并分析光栅衍射现象，理解光栅对光的散射作用以及衍射图样的形成机制。

学习使用光栅仪器：熟练掌握光栅测长仪的使用方法，能够准确测量光栅常数。

提高实验技能：通过实际操作，提高动手能力、分析问题和解决问题的能力，培养科学严谨的实验态度。

拓展知识面：了解现代光学技术在其他领域的应用，如光谱分析、光学计量等，激发对光学技术的兴趣和探索欲望。

2. 实验要求准备实验器材，包括光源、光栅、透镜、光学仪器等。