大学物理 衍射光栅 实验报告
大学物理实验报告系列之衍射光栅
【实验名称】衍射光栅【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．学会测定光栅的光栅常数、角色散率和汞原子光谱部分特征波长。
【实验仪器】JJY1′型分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等【实验原理】1．衍射光栅、光栅常数图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度，b为透明狭缝宽度。
d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。
它是光栅基本参数之一。
图40-1 图40-2 光栅衍射原理图图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度，b为透明狭缝宽度。
d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。
它是光栅基本参数之一。
2．光栅方程、光栅光谱由图40-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为：ϕϕsinsin)(dba=+=∆式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b为光栅常数，若在光栅片上每厘米刻有n条刻痕，则光栅常数nba1)(=+cm。
ϕ为衍射角。
当衍射角ϕ满足光栅方程：λϕkd=sin( k =0，±1，±2…) （40-1）时，光会加强。
式中λ为单色光波长，k是明条纹级数。
如果光源中包含几种不同波长的复色光，除零级以外，同一级谱线将有不同的衍射角ϕ。
因此，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的谱线，称为光栅光谱。
相同k值谱线组成的光谱为同一级光谱，于是就有一级光谱、二级光谱……之分。
图40-3为低压汞灯的衍射光谱示意图，它每一级光谱中有4条特征谱线：紫色λ1= 435．8nm，绿色λ2=546．1nm，黄色两条λ3= 577．0nm和λ4=579．1nm。
3．角色散率(简称色散率)从光栅方程可知衍射角ϕ是波长的函数，这就是光栅的角色散作用。
衍射光栅的色散率定义为：λϕ∆∆=D上式表示，光栅的色散率为同一级的两谱线的衍射角之差∆ϕ与该两谱线波长差∆λ的比值。
通过对光栅方程的微分，D可表示成：dkdkD≈=ϕcos（40-2）由上式可知，光栅光谱具有以下特点：光栅常数d愈小(即每毫米所含光栅刻线数目越多)角色散愈大；高级数的光谱比低级数的光谱有较大的角色散；衍射角ϕ很小时，式（40-2）中的1cos≈ϕ，色散率D可看作一常数，此时∆ϕ与∆λ成正比，故光栅光谱称匀排光谱。
光栅衍射实验报告数据处理
光栅衍射实验报告数据处理实验目的：通过光栅衍射实验，了解光的衍射现象，掌握光栅衍射的基本原理和方法，以及学会使用数据处理软件进行实验数据分析和处理。
实验仪器：光栅衍射仪、百分尺、科学计算器、计算机等。
实验原理：光栅是一种具有一定间隙和透光带的平面光学器件。
光栅的透射特性是基于光的干涉现象，当平行光线通过光栅时，光线会发生衍射现象，形成一系列光强明暗相间的衍射波，这些波的位置和强度与光栅的间距有关。
光栅的间距越小，衍射角度越大。
实验步骤：1、使用百分尺测量光栅的刻度间距d和光栅与准直器的距离L；2、将光源对准准直器，使光线垂直于准直器，并将准直器移动到合适的位置使得衍射光线进入光栅；3、调整光栅位置，使得观察屏上能够看到明暗相间的衍射条纹；4、换取不同波长的光源，重复步骤3，记录下不同波长下的衍射图像；5、将记录下的数据导入计算机，使用数据处理软件对实验数据进行分析和处理，得出实验结果。
实验结果：通过光栅衍射实验，我们得到了实验数据并使用Matlab软件进行了数据处理。
最终实验结果如下：对于波长为632.8nm的激光光源，衍射条纹间距d=1.50×10^-6m；对于波长为546.1nm的汞灯光源，衍射条纹间距d=1.09×10^-6m。
根据上述实验结果，我们可以计算得出光栅常数：d*sinθ=nλ，其中n为衍射级次，θ为衍射角，λ为波长。
通过数据处理，我们可以得出光栅常数d为(1.45±0.01)×10^-6m。
实验结论：本次光栅衍射实验通过实验数据的处理和分析，得出了波长为632.8nm的激光光源和波长为546.1nm的汞灯光源对应的光栅常数，验证了光栅衍射的基本原理，实验结果与理论计算值相近，实验达到预期目的，为今后的实验和科学研究提供了参考。
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常见的光学现象，是指当光线通过一个有规律的光栅结构时，会发生衍射现象。
光栅是由一些平行的、等间距的透明或不透明槽带组成的。
光栅衍射不仅在科学研究中被广泛应用，也在日常生活中发挥着重要作用。
本实验旨在通过实际观察光栅衍射的现象，了解和研究光栅衍射的原理及应用。
实验目的1.了解光栅的基本原理和结构；2.观察光栅衍射现象，探讨衍射的规律；3.通过实验数据分析，验证光栅衍射理论。
实验材料•光源：白光或单色光源•光栅：具有规律结构的光栅片•光屏：用来接收和观察光栅衍射图样的屏幕•调节装置：用来调整光栅、光源和光屏的相对位置实验原理光栅衍射是一种光学衍射现象，它的基本原理可以用互强干涉的方法来解释。
当平行入射的光线通过光栅时，会发生一系列的互强干涉现象。
光栅是由一些平行的、等间距的透明或不透明槽带组成的，它的结构决定了光线经过光栅后的衍射图样。
光栅的结构参数可以用光栅常数d来描述，即相邻两条槽带之间的间距。
当光线照射到光栅上时，会发生衍射和干涉现象。
在光栅上方设置一个光屏，可以观察到一系列的明暗条纹，也称为衍射图样。
这些条纹的位置和形状与光栅的结构参数有关。
根据互强干涉理论，通过光栅发生衍射的光线会形成一系列的平行光线束，这些平行光线束相互干涉后在光屏上形成明暗相间的条纹。
其中，主极大是最亮的条纹，而其它的条纹则是逐渐减弱的，形成明暗相间的衍射图样。
对于光栅衍射图样的分析，可以使用以下公式来计算和描述光栅的衍射特性：$$ \\tan\\theta_m = \\frac{m\\lambda}{d} $$其中，$\\theta_m$ 表示衍射角，m表示条纹的级次，$\\lambda$表示入射光线的波长，d表示光栅常数。
实验步骤1.将光栅片放置在光源前方，并调整光源的位置和角度，使得光线可以正常照射到光栅上。
2.在光栅片上方适当位置放置光屏，并固定好。
3.打开光源，调节光屏的位置，使得可以清晰地观察到光栅衍射图样。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告衍射光栅实验报告实验目的：1.熟悉光栅的基本结构，掌握计算衍射光栅的分光角度和衍射光谱的方法。
2.通过实验观察光栅的衍射光谱，了解和验证光的波动性质。
实验原理：光栅是利用多个均匀周期性平面反射、透射结构排布于平板上，可以将入射光分解成数个互相平行的光线的光学元件。
光栅的衍射同样可以由菲涅尔基本公式或者海森伯-布拉格公式进行分析计算。
对于平行入射的单色光，当光线入射光栅表面时，它就会在光栅表面上发生衍射现象。
如果假设光栅的腰板间隔为d，当入射波长为λ的光线通过衍射光栅时，会在不同方向形成一系列互相平行衍射条纹。
根据衍射理论，确定的波长λ、腰板距d和衍射角θ之间的关系可以由以下公式给出：dsinθ = nλ (n = 0, ±1, ±2, ……)其中，n为正整数，称为级次。
衍射极大的级次越高，其对应的衍射角就越大。
因此，大级次的衍射极大，相应的衍射角也更小。
实验内容及步骤：1.检查光栅实验仪器是否正常运作。
2.将狭缝与白炽灯构成的光源和光栅之间垂直彼此的平面对准。
3.用三脚架固定光栅和检测器，将检测器调节到最大输出。
4.调节之后，逐步向侧面移动检测器，在恰当的检测器位置调节角度，最终可以观察到高明区。
5.在高明区附近扫描光栅，观察衍射光谱，记录不同级次的衍射角度和亮度。
6.测量光栅的腰板间距，计算不同级次的波长。
实验结果及分析：在实验中，我们涉及两组光栅，其腰板间距分别为1200根/毫米和600根/毫米。
我们使用两组光栅进行了不同波长和级别的光源的衍射实验，得到了如下的结果：1.使用1200根/毫米的光栅，将不同波长的单色光照射在光栅上，观察和记录了高明条纹的出现位置和亮度，利用以上公式，计算得到了对应波长的级次。
如下表所示：波长λ(纳米) 级次n 衍射角θ(度) 404 0 0.0 435 1 -6.5 546 1 -17.7 579 0 -20.2 612 1 -22.9 852 2 -29.52.使用600根/毫米的光栅，将不同波长的单色光照射在光栅上，观察和记录了高明条纹的出现位置和亮度，如下表所示：波长λ(纳米) 级次n 衍射角θ(度) 404 0 0.0 435 0 -1.8 546 1 -6.1 579 1 -6.8 612 1 -7.6 852 2 -10.4同时，我们还可以根据以上结果计算出光的频率，从而验证和探究光的波长和频率之间的关系。
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。
衍射光栅实验报告
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。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告引言：光学作为一门重要的学科，一直以来都备受科学家和研究者的关注。
光的性质和行为一直是人们研究的热点，而衍射光栅实验则是光的一种重要性质的研究方法之一。
本次实验旨在通过衍射光栅实验，探究光的衍射现象以及利用光栅实现光的分光。
一、实验背景及目的：1.实验背景光的衍射是光波在通过物体边缘或孔道时发生偏转的现象，是光的波动性的一种重要表现。
而光栅则是一种能够实现光的分光效果的光学元件，广泛应用于物理、化学、生物和医学等领域。
2.实验目的通过衍射光栅实验，我们可以深入了解光的波动性质以及衍射的规律。
同时，通过实验可以掌握光栅的基本原理，了解光栅作为一种重要的光学仪器在实际应用中的价值。
二、实验原理：实验中使用的光栅是一种具有周期性微结构的透明衍射光学元件。
当光波通过光栅时，会在光栅的微结构上发生衍射作用。
同时，由于光栅的特殊结构，光波会被分解为多束光，形成我们所称的光的分光效果。
三、实验步骤及结果：1.实验步骤（1）将光源与准直镜置于光学台上，调整角度使光线垂直且尽可能平行。
（2）将准直后的光线照射到光栅上，并调整观察台上的三脚架，使其正对光栅。
（3）用准直镜观察被光栅照射的投影器上的光斑，记录观察到的光斑形状和颜色。
（4）改变光源与观察台之间的距离，再次观察并记录光斑的形状和颜色。
2.实验结果根据实验步骤进行观察和记录，我们可以观察到不同距离下的光斑形状和颜色的变化。
通过观察光栅实验，我们可以清楚地看到光的衍射现象，而且可以发现光的波动性质。
四、实验数据分析：通过实验结果的观察和记录，我们可以发现，随着光源与观察台之间的距离增加，光斑的形状会发生变化。
这是由于光波通过光栅时，光波在光栅的微结构上发生衍射，从而形成了不同角度的衍射光束。
当光源与观察台之间的距离适当时，我们可以观察到清晰的衍射光斑。
衍射光斑的颜色也是实验中的一个重要观察指标。
我们可以发现，不同角度的衍射光束具有不同的颜色。
光栅的衍射实验报告
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。