《大学物理实验》教案实验22 衍射光栅

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。

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。

一、实验目的1. 熟悉衍射光栅的基本原理和结构。

2. 掌握衍射光栅实验的操作步骤。

3. 学习通过衍射光栅测量光波波长及光栅常数的方法。

4. 加深对光栅衍射公式及其成立条件理解。

二、实验原理衍射光栅是一种利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。

它由一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝组成。

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。

根据光栅衍射公式，光栅衍射条纹的位置与光波波长、光栅常数和入射角有关。

光栅常数是指相邻两狭缝上相应两点之间的距离，它是光栅的基本常数之一。

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. 准直管5. 准焦望远镜6. 白屏7. 米尺四、实验步骤1. 将分光计调整至水平状态，并将准直管对准低压汞灯。

2. 将平面透射光栅放置在分光计的光栅座上，确保光栅平面与分光计的光轴垂直。

3. 将准焦望远镜对准光栅，调整望远镜的焦距，使光栅的衍射条纹清晰可见。

4. 使用米尺测量衍射条纹的间距，记录数据。

5. 更换不同波长的光源，重复步骤3和4，记录数据。

五、实验结果与分析1. 根据实验数据，绘制光栅衍射条纹间距与光波波长的关系图。

2. 通过线性拟合，得到光栅常数和光波波长的关系式。

3. 计算实验测得的光栅常数与理论值之间的误差。

六、实验结论1. 通过衍射光栅实验，我们成功掌握了衍射光栅的基本原理和结构。

2. 通过实验操作，我们学会了如何利用衍射光栅测量光波波长及光栅常数的方法。

3. 实验结果表明，光栅常数与光波波长之间存在线性关系，且实验测得的光栅常数与理论值吻合较好。

七、实验讨论1. 影响衍射光栅实验结果的因素有哪些？2. 如何减小实验误差？3. 衍射光栅在光学领域有哪些应用？八、参考文献1. 《大学物理实验》2. 《光学》3. 《物理实验教程》九、附录1. 实验数据表2. 图形通过本次实验，我们对衍射光栅有了更深入的了解，并掌握了相关的实验操作方法。

衍射光栅及其应用实验报告实验报告：衍射光栅及其应用
引言：
衍射光栅是一种广泛应用于光谱学和激光技术中的光学元件。

衍射光栅具有更高的分辨率和更好的光学性能，可用于测量光波长度、光谱型号和色散等方面。

本实验旨在探讨衍射光栅的特性和应用，并通过实验验证其效果。

实验原理：
衍射光栅是通过在透射面上刻制一定周期的平行光栅，使得入射光线透过光栅后发生衍射，形成一定数量的衍射光线。

衍射光栅的光程差与光波长度、波长和入射角度有关，当入射角度不同时，所形成的衍射光线互不重合，从而实现光波的分离和测量。

实验步骤：
1. 准备实验仪器：衍射光栅、激光器、准直器、光电倍增管、直角三角架、卡尺等。

2. 将激光器与准直器对准，使激光束垂直于衍射光栅平面。

3. 调整光路使激光束射向衍射光栅，观察衍射的图样并记录。

4. 改变入射角度，观察衍射光线变化和光强变化的规律。

5. 通过测量和计算，计算出光栅的刻线距离和光波的波长。

实验结果：
通过实验，我们得出以下结果：
1. 光栅的刻线距离为0.1mm。

2. 激光波长为632.8nm。

3. 入射角度不同时，衍射光线发生明显变化。

4. 将衍射光栅作为光谱仪时，可以清晰分辨出不同的谱线，实现光谱分析和测量。

结论：
本实验通过测量和计算验证了衍射光栅的特性和应用。

衍射光栅可以用于测量光波长度、光谱型号和色散等方面，具有更高的分辨率和更好的光学性能，可广泛应用于光谱学和激光技术中。