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，习惯上用单位毫米里的狭缝数目N 来描述光栅特性。光栅常数与的关系为

                            （1）

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华南师范大学实验报告

学生姓名                              学      号                              

专    业       化学                   年级、班级                              

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****大学

物理实验报告     成绩         

           系                专业               班                 组

姓名                学号                同组同学姓名                

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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）

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实验4.11   衍射光栅的特性与光波波长的测量

    衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。衍射光栅一般可以分为两类：用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。本实验使用的是透射光栅。

    根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。

本实验要求：理解光栅衍射的原理，研究衍射光栅的特性；掌握用衍射光栅精确测量波长的原理和方法；进一步熟悉分光计的工作原理和分光计的调节、使用方法。

【实验原理】

    1．光栅常数和光栅方程

图4.11—1  衍射光栅

衍射光栅由数目极多，平行排列且宽度、间距都相等的狭缝构成，用于可见光区的光栅每毫米缝数可达几百到上千条。设缝宽为a，相邻狭缝间不透光部分的宽度为b，则缝间距d = a + b就称为光栅常数(图4.11—1)，这是光栅的重要参数。

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大学物理实验教案                                        

实验名称：用透射光栅测定光波波长

实验目的：

1、理解光栅衍射的基本原理与特点；

2、掌握分光仪、光栅的调节要求与方法，掌握各步调节的目的和实现的判据；

3、认识光栅光谱的分布规律，并能正确判别衍射光谱的级次；

4、利用光栅测定光栅常量、光波波长。

实验仪器：

分光计                                  透射光栅

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利用光栅测量任意入射角下的光波波长

@被偷吃的巧克力

（北京市海淀区西土城路十号 100876）

摘  要：以光栅衍射方程为理论依据, 在在垂直入射和斜入射的情况下，通过光栅来测定光波波长。利用光栅测定入射角的大小。通过数据处理以及不确定度的计算，得到了与理论值非常接近的实验结果，误差不超过0.35%。

关键词：光栅；衍射；分光计；光波波长

中图分类号：O436.1      文献标识码：A

Using optical grating to measure the wavelength of light at any incidence angle

xx

(Xitucheng road 10,Haidian District, Beijing,100876, China)

Abstract：with the diffraction grating equation as a theoretical basis, in the case of vertical incidence and oblique incidence, determine the wavelength of light through the grating. determine the size of the angle of incidence using the grating technique. by data processing and the calculation of the degree of uncertainty, we obtained a result very close to the theoretical value, the error not exceeding 0.35%.

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