22 光栅衍射(小论文示范)
《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1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：， 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。
光栅衍射实验报告(完整版)
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iC B 互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
A G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: F图1 光栅的衍射 dimsinsin,,,, (1) ，，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，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:dmsin,,, (2) m这里，m=0，?1，?2，?3，…，m为衍射级次，,第m级谱线的衍射角。
m平行光望远镜物镜黄黄绿绿紫紫中央明纹图3 光栅衍射光谱图2衍射光谱的偏向角示意图光栅G在小平台上的位置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dimsinsin,,,, (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),,i显然，?随入射角i而变，不难证明时?为一极小值，记作,，称为最小偏向角。
光栅衍射实验实验报告doc
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。
光栅的原理与视觉应用论文
光栅的原理与视觉应用论文一、引言•光栅是一种光学器件，通过光的干涉效应实现对光的分光和光的衍射。
在现代光学和光谱学中有着广泛的应用。
本文将介绍光栅的原理，并探讨其在视觉应用中的具体应用。
二、光栅的原理1.光栅是由一系列均匀间隔的平行直线所组成的，每条直线都具有相等的间距和宽度。
2.当平行光通过光栅时，光栅会对光进行衍射，产生一系列出射光束。
3.这些出射光束的强度和相位会随着入射角和波长的不同而发生变化，形成具有特定波长的光的光谱。
三、光栅的分类•光栅按照结构可以分为反射光栅和透射光栅。
•反射光栅是通过光的反射来实现光的衍射，常见的反射光栅包括光栅镜和光栅衍射片。
•透射光栅是通过光的透射来实现光的衍射，常见的透射光栅有衍射光栅和相位光栅。
四、光栅的视觉应用1.光栅光谱仪•光栅光谱仪通过利用光栅的光谱分离性能，可以对光进行分光分析。
它广泛应用于物质的光谱研究和光谱分析领域。
2.光栅投影仪•光栅投影仪是一种使用光栅分光和反射原理制作的投影仪。
它可以将图像分解成一系列波长不同的光束，再通过光的反射合成出彩色的图像。
3.光栅显示技术•光栅显示技术是在显示器中使用光栅进行像素显示的一种技术。
通过光栅的衍射原理，可以实现高分辨率和真实感的图像显示。
4.光栅衍射成像•光栅衍射成像是利用光栅的衍射现象，通过光栅的干涉效应生成清晰的图像。
这种成像技术在显微镜、望远镜等光学仪器中得到广泛应用。
五、光栅的未来发展•随着科学技术的进步，光栅在光学领域的应用将更加广泛。
未来光栅可能会在光通信、人机交互、3D成像等领域发挥更重要的作用。
六、结论•光栅作为一种重要的光学器件，具有广泛的应用前景。
通过光栅的原理和视觉应用，我们可以更充分地理解和应用光栅技术，推动光学科学的发展。
光栅衍射实验报告文库
一、实验名称：光栅衍射实验二、实验目的：1. 熟悉光栅的原理及其在光学仪器中的应用；2. 掌握分光计的调整和使用方法；3. 利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数；4. 深入理解光栅衍射公式及其成立条件。
三、实验原理：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。
光栅衍射条纹的形成是单缝衍射和多缝干涉的综合结果。
根据光栅衍射公式，衍射角θ与光波波长λ、光栅常数d以及衍射级次m之间存在如下关系：d sinθ = m λ其中，d为光栅常数，λ为光波波长，θ为衍射角，m为衍射级次。
四、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. 毫米刻度尺；5. 计算器。
五、实验步骤：1. 调整分光计，使其与光栅垂直；2. 将光栅放置在分光计的焦平面上，调整光栅角度，使光束垂直照射在光栅上；3. 观察透镜焦平面上形成的衍射条纹，记录下第m级明纹对应的衍射角θ；4. 重复步骤3，记录下多组m级明纹对应的衍射角θ；5. 利用光栅衍射公式计算光波波长λ和光栅常数d。
六、实验数据及结果处理：1. 记录实验数据，包括m级明纹对应的衍射角θ；2. 利用光栅衍射公式计算光波波长λ和光栅常数d；3. 计算光栅常数d的平均值和标准偏差；4. 对实验结果进行分析，讨论误差来源。
七、实验结果与分析：1. 根据实验数据，计算光波波长λ和光栅常数d的平均值及标准偏差；2. 分析实验误差来源，如分光计调整误差、测量误差等；3. 讨论实验结果与理论值之间的差异，分析原因。
八、实验总结：通过本次实验，我们掌握了光栅的原理及其在光学仪器中的应用，学会了分光计的调整和使用方法，并成功利用衍射光栅测定了光波波长及光栅常数。
同时，我们深入理解了光栅衍射公式及其成立条件，为今后进一步学习光学知识打下了基础。
光栅衍射实验报告建议(3篇)
第1篇一、实验名称光栅衍射实验二、实验目的1. 理解光栅衍射的基本原理，包括光栅方程及其应用。
2. 掌握分光计的使用方法，包括调整和使用技巧。
3. 学习如何通过实验测定光栅常数和光波波长。
4. 加深对光栅光谱特点的理解，包括色散率、光谱级数和衍射角之间的关系。
三、实验原理光栅是由大量平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）组成的光学元件。
当单色光垂直照射到光栅上时，各狭缝的光波会发生衍射，并在光栅后方的屏幕上形成一系列明暗相间的衍射条纹。
这些条纹的形成是由于光波之间的干涉作用。
根据光栅方程，可以计算出光栅常数和光波波长。
四、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. 光栅常数测量装置5. 光栅波长测量装置五、实验步骤1. 准备工作：检查实验仪器是否完好，了解各仪器的使用方法和注意事项。
2. 调节分光计：根据实验要求，调整分光计，使其达到最佳状态。
3. 放置光栅：将光栅放置在分光计的载物台上，确保其垂直于入射光束。
4. 调节光源：调整低压汞灯的位置，使其发出的光束垂直照射到光栅上。
5. 观察衍射条纹：通过分光计的望远镜观察光栅后的衍射条纹。
6. 测量衍射角：使用光栅常数测量装置，测量衍射条纹的角宽度。
7. 计算光栅常数和光波波长：根据光栅方程，计算光栅常数和光波波长。
8. 重复实验：重复上述步骤，至少进行三次实验，以确保实验结果的准确性。
六、实验数据记录1. 光栅常数（d）：单位为纳米（nm）。
2. 光波波长（λ）：单位为纳米（nm）。
3. 衍射角（θ）：单位为度（°）。
七、实验结果与分析1. 计算光栅常数和光波波长：根据实验数据，计算光栅常数和光波波长。
2. 分析实验结果：比较实验结果与理论值，分析误差产生的原因，如仪器误差、操作误差等。
3. 讨论实验现象：讨论光栅衍射条纹的特点，如条纹间距、亮度等。
八、实验结论1. 通过实验，验证了光栅衍射的基本原理。
2. 掌握了分光计的使用方法，提高了实验操作技能。
光栅衍射实验报告
光栅衍射实验报告引言光栅衍射是一种重要的光学现象，通过光栅衍射实验可以深入了解其特性和原理。
本次实验旨在通过观察和分析光栅衍射的现象，研究光的波动性。
实验设备与方法实验中使用的设备包括光源（如激光光源）、光栅和屏幕。
首先，将光源置于一定距离外, 并将光栅放置在光源和屏幕之间。
然后，在屏幕上观察到光栅产生的衍射图样。
实验结果与分析当光源照射到光栅上时，光栅会起到一个光阻挡或光透射的作用。
光通过光栅后，会发生衍射现象，形成一组干涉条纹，这些条纹是由于光波的干涉所形成的。
我们可以观察到在屏幕上形成的交替明暗条纹，称之为衍射条纹。
衍射条纹的特点是明暗交替有序，而且在中央最亮，两侧逐渐变暗。
这是由于光栅的排列形式决定的。
光栅上的刻痕间距越小，衍射现象就越明显。
在观察衍射条纹时，我们发现条纹间距并非均匀的。
这是由于光栅的刻痕间距不一致所造成的。
这种现象被称为光栅的倾斜效应。
通过观察不同角度下的衍射图案，可以进一步分析光栅的倾斜角度和刻痕的间距。
实验中，我们还发现了衍射角和衍射距离的关系。
当屏幕距离光栅一定距离时，移动观察点会导致衍射条纹的位置改变。
通过测量观察点的移动距离和最亮条纹的位置，可以计算出衍射角。
我们可以利用这个关系来研究光栅的特性和进行测量。
实验进一步加深了我们对光的波动性的理解。
光栅衍射实验揭示了光波传播中的干涉现象，证明了光既有粒子性又有波动性。
通过观察和分析光栅衍射现象，我们可以了解到光波在通过光栅时发生的波动性干涉现象，这对于深入研究光学现象和应用具有重要意义。
结论通过光栅衍射实验，我们深入了解了光的波动性和光栅的特性。
实验结果表明，光栅衍射现象是光学中一种重要的干涉现象。
观察和分析衍射条纹可以揭示光的波动性和光栅的特性。
通过测量衍射角和衍射距离的关系，我们可以研究光栅的倾斜角度和刻痕间距。
光栅衍射实验对于进一步研究光学现象和应用具有重要意义。
总结光栅衍射实验通过观察光栅衍射现象，揭示了光的波动性和干涉现象。
光栅衍射实验实验报告
光栅衍射实验实验报告摘要：本实验通过搭建光栅衍射实验装置，观察和研究光栅衍射现象。
通过测量不同光栅的刻线间距和测得光束角度的数据，分析了光栅衍射实验的原理，验证了布拉格衍射定律，并通过实验结果得出了光波的波长。
引言：光是一种波动现象，在经过光栅时会产生衍射现象，这一现象在物理学中被广泛应用。
本实验通过搭建光栅衍射实验装置，利用单缝、干涉斑及多缝的光栅衍射，探究光栅衍射的规律与原理。
一、实验装置及原理实验装置包括一束连续可调节波长的激光器、光栅、狭缝、光屏、经纬仪、转角仪等。
实验原理为光分裂、衍射、干涉叠加等。
二、实验步骤1.调节激光器，使其波长尽量接近绿光的波长。
2.将激光器射出的光线置于平行于光栅的平面上，并使之通过光栅。
3.调整光屏的位置，使光线通过光栅后落在光屏上，观察到衍射图样。
4.用经纬仪测量光栅与光屏之间的距离，并记录下相关数据。
5.用转角仪测量光栅条纹与光轴之间夹角，并记录下相关数据。
6.通过实验数据计算出光波的波长。
三、实验结果与分析(插入关系图)由图可得出光栅的衍射角度与光栅的条纹间距d和波长λ之间的关系为sinα=nλ/d，即布拉格衍射定律。
通过实验数据计算得光波的波长为λ=XXnm。
四、实验误差分析1.仪器误差：由于实验仪器本身的精确度限制，导致实验结果可能存在偏差。
2.人为误差：在实验过程中，操作人员的主观因素也可能引起误差。
3.光源波长的不确定性：实验中所用激光器的波长虽然可以调节，但是其波长并没有绝对确定的数值，这也会对实验结果产生一定的影响。
五、结论本实验通过光栅衍射实验装置的搭建，观察和研究了光栅衍射现象。
通过测量不同光栅的刻线间距和测得光束角度的数据，验证并得出了布拉格衍射定律，并计算得到了光波的波长。
实验结果与理论值较为接近，结果可靠性较高。
六、实验改进意见1.提高仪器精度：选择更高精度的实验仪器，减小仪器误差。
2.调节光源：使用更精确的光源，可以提高实验结果的准确性。
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星期日前完成网上作业练习八。
上次课要点
用惠更斯—菲涅耳原理和波带法研究单缝衍射。
光垂直入射时，单缝夫朗和费衍射的暗纹条件为
aθkλ
sin
条纹宽度、角宽度等概念。
薄膜的等厚干涉
光垂直入射时，单缝夫朗和费衍射中央明纹强度约为1级明纹的20多倍。
利用单缝衍射测量光的波长，亮度低，条纹宽，不易精确测量。
光栅衍射实质上就是多缝衍射，它是单缝衍射和多缝干涉的综合，能够产生亮度高，条纹细，易于精确测量的衍射条纹。
本文先介绍光垂直入射于光栅的衍射规律，然后研究光栅光谱的特征，最后讨论光栅光谱的应用。
一、光栅的衍射规律
光栅是透光宽度为a 、遮光宽度为b 的多缝装置，a +b =d 称为光栅常数。
当波长为λ的单色光垂直入射到光栅且衍射角为θ时，相邻两缝间的干涉满足干涉相长条件就出现缝间干涉的主极大。
把此条件称为光栅方程，其表达式为
sin d θk λ=
当缝数为N 时，相邻两主极大之间的N -1个极小，有N -2个次极大。
主极大的强度远大于次极大。
因此，光栅衍射条纹细而亮。
当衍射角θ同时又满足单缝衍射的暗纹条件sin a θk λ'=时，主极大将不出现，这种现象称为缺级。
二、光栅光谱
当用得色光照射光栅时，除中央明纹外，各级衍射条纹按波长由小到大排列，这样的衍射谱你为光栅光谱。
可见光的波长范围为400nm~760nm。
如果要求用光栅观察到第3级可见光的完整光谱，光栅常数d应大于3λmax。
第1级光谱d sinθ范围为400nm~760nm；第2级光谱d sinθ范围为800nm~1520nm；第3级光谱d sinθ范围为1200nm~2280nm。
由于1200nm<1520nm，所以第3级光谱与第2级光谱部分重合。
三、光栅光谱应用的讨论
原子光谱为线光谱，分子光谱为带光谱，固体光谱为连续光谱。
光谱反映了物质的组成和结构。
利用光谱研究物质的组成和结构称为光谱分析，是重要的现代分析技术。
物质的光谱形成的原因主要是物质中的电子状态变化，解释和分析这种现象需要量子力学。