衍射光柵教案wj（5篇）衍射光柵教案wj篇一

衍射光柵

目的要求：

1、了解光柵這種光學元件，把握光柵系數；

2、把握光柵方程，并能夠利用光柵方程求解譜線的位置；

3、理解光柵缺級現象的產生，把握光柵缺級的條件。重點、難點和突破方法：

重點：光柵方程及其譜線位置難點：光柵衍射的缺級現象突破方法：實例分析理解教具：PPT教學內容和步驟

一、回憶引入

夫瑯禾費單縫衍射裝置：

光程差：asin

2,（k1,2,3,），將產生明條紋；當(2k1)當2k2（k的取值同上），將產生暗條紋；當0時，將形成中心明條紋。

但單縫衍射所產生的衍射條紋很寬，除了中心明紋之外，其他各級明紋的光強都很小，各級明紋間分得也不很清晰。

二、新知講授

1、光柵

定義：大量等寬等間距的平行狹縫構成的光學元件。主要分為透射光柵和反射光柵。

光柵常數透光局部a不透光局部b光柵常數d

ab

2、光柵的投射場分布

隨著光柵上縫的條數增加，透射的亮條蚊變得更加細而光明。

3、光柵方程

兩兩相鄰光線的光程差都一樣。假如在某個方向上，相鄰兩光線光程差為k，則全部光線在該方向上都滿意加強條件。用平行光垂直照耀在光柵上，相鄰兩條光線的光程差為(ab)sindsin

即（ab)sindsink，(k0,1,2,3,），這就是光柵方程。

d依據光柵方程可以得到光屏上能夠看到的明條紋最大級數kmax

4、譜線位置

ab。

光屏上的亮條紋錯落有序的分布著，那這些條紋的位置是如何分布的？又怎么去求得這些條紋的間距？

如下圖，假設光沿著衍射角衍射時，此時在光屏上形成亮條紋，此亮條紋距離屏幕中心的距離為x，依據幾何關系，可知

xftan。

由于衍射角比擬小，則tan又依據光柵方程sin故xksin。

k，

abf，這就是譜線的位置方程。（條紋之間的間距相等。）ab例1：分光計作光柵試驗，用波長632.8nm的激光照耀光柵常數d1300mm的光柵上，問最多能看到幾條譜線解：在分光計上觀看譜線，最大衍射角為90o由光柵方程(ab)sinkmax(ab)sin90ok得，

5.3

取kmax5故能夠看到11條譜線。

5、缺級現象

在光柵透射場分布中，發覺了有些條紋之間的間距比其他條紋之間的間距大許多，這是由于光柵的缺級現象造成的。物理機理：

（1）光柵衍射是單縫衍射與多光束干預合成的結果，光柵中各主極大受到單縫衍射光強的調制。

（2）當光柵明條紋處滿意單縫衍射暗紋條件，該處光強為零，消失缺級。缺級條件

光柵衍射加強條件：(ab)sin單縫衍射減弱條件：asink

k

abk兩式相比，即可得

ak故光譜會在第k

6、光柵光譜

當白光入射到光柵上，除中心亮紋形成白光外，兩側分布著由紫色到紅色的條紋，稱為光柵光譜。

光柵是一種色散元件。

abk（k1,2,3,a）級發生缺級現象。

例2：在垂直入射到光柵的平行光中，包含有波長分別為1和2600nm的兩種光，已知1的第五級光譜和2的第四級恰好重合在離中心明條紋5cm處，并發覺1的第三級缺級，已知f0.5m，試求：（1）波長1和光柵常數d；

（2）光柵的縫寬a至少應為多少？解：

（1）依據光柵譜線位置方程

x1fk11d，

xk222fd。

由題意可知，x1x2

k21k24.8107m

1dfk22x2.4105m

2（2）由缺級條件dkak（k1,2,3,）得akkd（k1,2,3,），

故(a)1mind81063m。

三、小結

1、光柵及光柵常數；

2、光柵衍射透射場分布；

3、光柵方程及其最大級數；

4、光柵衍射中明條紋位置及缺級現象；

5、光柵光譜。

四、作業

標準作業第44張

用衍射光柵測光波波長篇二

試驗九

用衍射光柵測光波波長

一、試驗目的1．了解分光計的構造和使用方法。2．觀看光柵衍射現象。3．把握用分光計、衍射光柵測光波波長的方法。

二、試驗器材分光計、平面透射光柵、雙面平面鏡、鈉光燈

三、儀器描述分光計是試驗室中常用的周密光學儀器，用它可以精確測量角度和觀看光譜。它由五局部組成：平行光管、望遠鏡、載物平臺、讀數圓盤和底座。其構造如圖9–1所示。1．底座，是整個分光計的支架。其中心有一垂直方向的轉軸即儀器的中心軸，望遠鏡、刻度盤和游標盤均可繞該軸轉動。2．望遠鏡，由物鏡、十字分劃板和目鏡組成，用來觀看由載物平臺上的光柵所形成的光譜和衍射條紋。它與游標盤相連，可同時繞中心軸旋轉，并通過游標讀出它的角位置。在望遠鏡筒內的物鏡焦平面處有一分劃板，其上有兩十字穿插的細絲稱為叉絲，轉動望遠鏡可使叉絲落在波長為λ的某級衍射亮紋上，這樣便可由游標讀出各級衍射亮紋相對應的角位置。在分劃板的正下方刻有一個透光的小十字叉絲，為了照明小十字叉絲，目鏡管外裝一“T”形接頭，其中裝有一個6.3V電珠，光線透過綠色窗口沿望遠鏡光軸從物鏡射出。調整螺絲、可轉變望遠鏡光軸傾斜程度和水平位置，使之垂直于儀器中心軸。螺絲用來固定望遠鏡，松開它，望遠鏡可繞中心軸轉動，當它鎖緊后，可用螺絲微調望遠鏡的水平位置。3．載物平臺，用來放置平面鏡、三梭鏡、光柵等光學元件。松開螺絲，平臺可繞中心軸自由轉動，也可依據需要上升或降低平臺。調整平臺到所需位置后，再用螺絲將之固定。調平螺絲（共有三只成三角形設置）調整平臺水平面，使之與中心軸垂直。4．讀數圓盤，由可繞中心軸轉動的刻度盤（主尺）和游標盤（副尺）組成。刻度盤分為720等分，共360o，最小刻度為30′，刻度盤可與望遠鏡固連一起轉動；內盤為游標盤，盤上相對180o的位置嵌有兩個一樣的游標，它分為30等分，與刻度盤上29小格等長，精度為1′，讀數原理和方法與游標卡尺相像。

如圖9–2所示的讀數為116o+112′=116o12′。讀數時可手持照明放大鏡幫助讀數。為了克制由于游標盤與刻度盤可能不是嚴格的同心所造成的偏心誤差，每次測量必需分別讀出A、B游標的讀數，然后取其平均值。游標盤通過螺絲與載物平臺相連。松開螺絲，游標盤可帶動平臺繞中心軸轉動。當鎖緊時，可用螺絲微調游標盤位圖9–1分光計構造

狹縫裝置；狹縫裝置鎖緊螺絲；平行光管部件；制動架

（一）；載物平臺；載物平臺調平螺絲（3只）；載物

平臺鎖緊螺絲；望遠鏡部件；目鏡鎖緊螺絲；阿貝式自準直目鏡；目鏡調整手輪；望遠鏡光軸傾斜度調整螺絲；望遠鏡光軸水平調節螺絲；支臂；望遠鏡微調螺絲；轉座與讀數圓盤鎖緊螺絲；望遠鏡鎖緊螺絲（在另一側）；制動架

（二）；底座；轉座；刻度盤；游標盤；立柱；游標盤微調螺絲；游標盤鎖緊螺絲；平行光管光軸水平調整螺絲；平行光管傾斜度調整螺絲；狹縫寬度調整手輪

圖9–2

分光計讀數盤讀數

5．平行光管，用來產生平行光束，由狹縫和裝在套管另一端的物鏡組成。狹縫由螺絲來調整寬度，調整的范圍是0.02~2毫米。螺絲是狹縫固定螺絲，松開可以調整狹縫和物鏡間的距離，并可轉動狹縫。當狹縫正好位于物鏡的焦平面時，從狹縫射進來的光經物鏡后就成為平行光。平行光管與分光計的底座固定在一起，螺絲、分別用來調整平行光管的水平和凹凸位置。

四、試驗原理光柵是一種重要的分光元件，它可以把入射光中不同波長的光分開，衍射光柵有透射光柵和反射光柵兩種，常用的是平面透射光柵，它是由很多相互平.行等距的透亮狹縫組成，其中任意相鄰兩條狹縫的中心距離d稱為光柵常數。依據夫瑯和費衍射理論，當一束平行光垂直地投射到光柵平面上時，每條狹縫對光波都會發生衍射，全部狹縫的衍射光又彼此發生干預。衍射角符合條件，（k=0、1、2、3…）(9–1)

圖9–3

光柵衍射

時，在該衍射角方向上的光相疊加將會加強，其它方向光相抵消。假如用會聚透鏡把這些衍射后的平行光會聚起來，則在透鏡的焦平面上將消失一系列亮紋，形成衍射圖樣。如圖9–3所示，式（9–1）稱為光柵方程，其中λ為入射光波波長，θ為衍射角，k為衍射亮紋的級數。在θ為0的方向上可以觀看到中心亮紋。其它各級亮紋對稱分布在中心亮紋兩側。若已知光柵常數d，測出相應的衍射條紋與0級條紋間的夾角θ，便可求出光波波長。

五、試驗步驟1．調整分光計分光計的調整主要是使平行光管發出平行光，望遠鏡聚焦于無窮遠，平行光管和望鏡的光軸與分光計的中心轉軸垂直。首先進展粗調，即用眼睛估測：把載物平臺、望遠鏡和平行光管大致調成水平，然后對各局部進展細調整。（1）調整望遠鏡。調整目鏡，看清分劃板上的十字黑刻線。然后使電珠發出的光線照亮叉絲，將一平面反射鏡放在載物平臺上。為了調整便利，把平面鏡一側邊與三個調平螺絲的其中一個對齊，另一側邊放在另外兩個調平螺絲之間的中垂線上，并用彈簧片夾固定。調整另外兩個調平螺絲，則可以轉變平面鏡對望遠鏡

光軸的仰角。緩慢轉動游標盤或左右移動望遠鏡，從望遠鏡內找到反射回來的叉絲像；松開螺絲，移動套簡，以便看到清楚的‘綠十字”像，此時叉絲與叉絲像都處于物鏡的焦平面上。即望遠鏡己聚焦于無窮遠。調整望遠鏡的傾斜螺絲，使“綠十字”像的中心向分化板的上方水平線靠近一半，再調整載物臺的調平螺絲，使“綠十字”像與上方水平線重合。轉動望遠鏡使“綠十字”像與上方黑十字重合。將載物臺旋轉180o，再觀看，若像不在原位，再用上述方法反復調整，直至“綠十字”像和分劃板上方黑十字重合，再旋轉180o時也不變，如圖9–4所示，此時望遠鏡的光軸與分光計中心軸垂直。

圖9–4

十字分劃板

（2）調整平行光管。取下平面鏡，用己聚焦在無窮遠的望遠鏡為標準，假如平行光管產生了平行光，射入望遠鏡后必聚焦在叉絲上。調整時先用光源把平行光管的狹縫照亮，將望遠鏡正對著平行光管，前后移動平行光管的狹縫，使望遠鏡看到狹縫的像與分劃板中心垂線相重合、清楚。把狹縫轉到水平位置，調整平行光管傾斜螺絲，使其像與分劃板的中心水平刻線相重合，這時平行光管與望遠鏡共軸，狹縫被分劃板的水平線平分，將狹縫轉回垂直位置與分劃板十字垂線重合，并適當調整縫寬，然后，調整螺絲固定狹縫。2．利用光柵測波長（1）將鈉光燈（或熒光燈）置于平行光管狹縫前，接通電源，使它正常發光。（2）將光柵固定在分光計的載物臺上，使平行光管射出的光垂直投射到光柵上。（3）旋轉望遠鏡，使衍射中心亮紋與望遠鏡里豎直劃分線重合。在刻度盤、游標A、B上讀出望遠鏡所在位置θ0和θ0′計入表9–1中。（4）將望遠鏡向左轉動（留意：轉動前，先旋緊螺絲和，使望遠鏡與刻度盤一起轉動，而游標盤不動），可以見到一級像（k=1），使其與望遠鏡里的十字垂線重合，在讀數盤上讀出望遠鏡位置θ左和θ左′計入表9–1中。假如光源使用熒光燈，則一級像為一組譜線，測波長時可選擇其中一條譜線進展測量。（5）將望遠鏡向右移動，與步驟4一樣，可讀出θ右和θ右′，計入表9–1中。（6）用上述方法，觀看二級（n=2）像。＊3．觀看明線光譜、連續光譜和汲取光譜（1）觀看明線光譜。將光譜管置于平行光管狹縫前，接通感應圈電路，使光譜管發光，轉動望遠鏡到適當位置，觀看明線光譜。

（2）觀看連續光譜。將白熾光光源置于平行光管的狹縫前，轉動望遠鏡，觀看并畫出連續光譜。（3）觀看汲取光譜。將血槳稀釋后盛入試管中。然后將其置入平行光管的狹縫和

白熾光光源之間，在望遠鏡中觀看并畫出血紅素汲取光譜。用同樣的方法觀看并畫出高猛酸鉀溶液的汲取光譜。

六、留意事項1．調整分光計非常費事費時，如事先已經將它調好，試驗時不要任憑移動，以免重新調整鋪張時間，影響試驗的進展。2．勿用手觸及分光計各光學器件外表。試驗室用的光柵是由明膠印刷而成的復制光柵，所以在衍射光柵玻璃片的中心部位，不能用手摸或紙擦。3．分光計是周密的光學儀器，肯定要當心使用，轉動望遠鏡前，要先擰松固定它的螺絲；轉動望遠鏡時，手把著它的支架轉動，不能用手把著望遠鏡轉。

七、數據記錄與處理表9–1光源種類中心亮紋游標A位置θ0=一級譜線左轉游標A位置θ左=右轉游標A位置θ右=偏轉角譜線波長λ=百分誤差E=譜線波長λ0=游標B位置光柵常數d=

θ0ˊ=

左轉游標B位置θ左ˊ=右轉游標B位置θ右ˊ=

表9–1中的光源種類若取鈉光燈，則其譜線波長為：λ0=5893?依據則與理論值比擬求百分誤差，若k=1=dsin

八、思索題1．假如想將相鄰兩條光譜線分得更開些，本試驗應從哪些萬面改良？2．用白光作上述試驗，能觀看到什么現象？怎么解釋這種現象？

光柵的衍射（最終版篇三

光柵的衍射

[試驗目的]

1、了解光柵的主要特性，測量其光柵常數、辨別本事和角色散。

2、用光柵測光波波長。

3、了解光柵分光的特點。

[試驗原理]

1、光柵的衍射

光柵是依據多縫衍射原理制成的一種分光元件，它能產生譜線間距較寬的勻排光譜，所得光譜線的亮度比用棱鏡分光時要小些，但光柵的辨別本事比棱鏡大。光柵不僅適用于可見光，還能用于紅外和紫外光波，常用在光譜儀上。

衍射光柵有透射光柵和反射光柵兩種，它們都相當于一組數目許多、排列嚴密勻稱的平行狹縫，透射光柵是用金剛石刻刀在一塊平面玻璃上刻成的，而反射光柵則把刻縫刻在磨匯豐銀行的硬質合金上。試驗教學用的是復制光柵（透射式），由明膠或動物膠在金屬反射光柵印下痕線，再用平面玻璃夾好，以免損壞。

2、光柵的辨別本事和色散率

衍射光柵的根本特性可以用它的辨別本事與色散率來表征。

[試驗儀器]

JJY型分光計（附件：變壓器6.3V/220V），平面反射鏡，手持照明放大鏡，平面全息光柵，鈉燈，汞燈，米尺。

[試驗內容]

1、光柵的調整

（1）調整分光計，使望遠鏡對準無窮遠，望遠鏡軸線與分光計中心軸線相垂直，平行光管出射平行光。調整方法見光學試驗常用儀器局部。狹縫寬度調至約1毫米。

（2）安置光柵，要求入射光垂直照耀光柵外表，平行光管狹縫與光柵刻痕相平行。

（3）調整光柵使其刻痕與轉軸平行。留意觀看叉絲交點是否在各條譜線中心，假如不是，可調整螺絲予以改正，調好后，再回頭檢查光柵平面是否仍保持和轉軸平行。如有了轉變，就要反復屢次，直到兩個要求都滿意為止。

2、測定光柵常數及辨別本事

以汞燈為光源，測出K=±1波長為5460.7?的綠光衍射角φ，求d。但應留意：+1與-1級的衍射角相差不能超過幾分，否則應重新檢查入射角是否為零。

用米尺測出光柵寬度L，算出N，代入R=KN求辨別本事。

3、測定未知光波波長及色散率

用上法在K=±1時測出水銀的兩條黃線λ1及λ2的衍射角，求出λ1及λ2并計算出Δλ，再求出光柵的角色散率。

4、觀看N和辨別本事的關系。

設法攔住光柵的一局部，削減刻痕數目N，觀看鈉光兩條黃色譜線隨N的削減發生什么變化。

5、比擬用光柵分光和用三棱鏡分光得出的光譜各自的特點。

[數據處理]

1、衍射角數據。

2、φ的計算。

光柵衍射思索題與解答篇四

2。當狹縫太寬、太窄時將會出現什么現象？為什么？答狹縫太寬則分辨本領將下降如兩條黃色光譜線分不開。狹縫太窄透光太少光線太弱視場太暗不利于測量。3。為什么采用左右兩個游標讀數？左右游標在安裝位置上有何要求？答采用左右游標讀數是為了消除偏心差安裝時左右應差180o

1）測d和λ時，，，，試驗要保證什么條件？如何實現如何實現如何實現如何實現？？？？

答要求條件1：分光計分光計分光計分光計望遠鏡適合觀看平行光，平行光管發出平行光，并且二者光軸均垂直于分光計主軸。實現：先用自準法調整望遠鏡，再用調整好的望遠鏡觀看平行光管發出的平行光，調整縫寬和平行光管的高度，使得狹縫的象最清楚而且正好被十字叉絲的中間一根橫線等分，分光計就調整好了。要求條件2：光柵平面與平行光管的光軸垂直。實現：如本文4.1所述，首先粗調，然后，當發覺兩者相差超過2′時，應當推斷零級譜線更接近哪一側的譜線，若接近左側譜線，則光柵應順時針旋轉（從分光計上方看），反之應當逆時針旋轉，再次測量。

3、用什么方法來測定光柵常數？光柵常數與衍射角有什么關系？答：用測量顯微鏡來測量光柵常數。依據光柵衍射方程dsinφ＝kλ知道，光柵常數d與衍射角的正弦sinφ成反比。

4、測光波長應保證什么條件？試驗時這些條件是怎樣保證的？答：測光波長應保證入射的單色平行光垂直于光柵平面，否則該式將不成立。試驗時通過調整平行光管與光柵平面垂直來保證式成立。

5、分光計主要由哪幾局部組成？各局部的作用是什么？為什么要設置一對左右游標？答：分光計主要包括：望遠鏡、平行光管、刻度盤、游標盤等。設置一對左右游標的目的是為了消退刻度盤與游標盤之間的偏心差。

6、調整分光計的根本要求是什么？為什么說望遠鏡的調整是分光計調整中的關鍵？答：簡潔地說，調整分光計的根本要求是使分光計各局部都處于良好的工作狀態。由于分光計的水平調整、平行光管的調整等都要借助于望遠鏡，所以說望遠鏡的調整是分光計調整中的關鍵。

7、在調整望遠鏡時，這什么要將平面鏡放在垂直于載物臺兩螺釘的連線位置？答：這是為了調整便利。此時只需調整載物臺上三個螺絲中的一個螺絲即可以完成望遠鏡水平的調整。

8、什么叫視差？怎樣推斷有無視差存在？本試驗中哪幾步調整要消退視差？答：視差是希望遠鏡目鏡中刻劃線的象與譜線的的象不在同一豎直平面內。有無視差可以通過稍稍移動眼睛的位置，看譜線與刻劃線的相對位置是否轉變來推斷。調整望遠鏡與光柵垂直時，觀看光柵衍射條紋時。

9、單色光的光柵衍射圖樣和單縫的衍射圖樣有何異同？利用光柵測量光波波長比用單縫有何優點？答：用衍射光柵測光波波長時，由于衍射現象特別明顯，衍射條紋間距較大，測量衍射角比擬精確，因此光波波長的測量結果也較精確。單縫衍射測光波波長則沒有上述優點，故測量結果往往誤差較大。

3、當平行光管的狹縫很寬時對測量有什么影響？答造成測量誤差偏大降低試驗精確度。不過可實行分別測狹縫兩邊后求兩者平均以降低誤差。4.若在望遠鏡中觀看到的譜線是傾斜的則應如何調整？答證明狹縫沒有調與準線重合有肯定的傾斜拿開光柵調整狹縫與準線重合。5.為何作自準調整時，要以視場中的上十字叉絲為準而調整平行光管

時卻要以中間的大十字叉絲為準？答由于在自準調整時照明小燈在大十字叉絲下面另外要保證準直鏡與望遠鏡垂直就必需保證其在大十字叉絲上面并且距離為燈與大十字叉絲一樣的地方即以視場中的上十字叉絲為準。現在很簡單就知道為什么在調整平行光管時卻要以中間的大十字叉絲為準了。6.光柵光譜與棱鏡光譜相比有什么特點？答棱鏡光譜為連續的七色光譜并且光譜經過棱鏡衍射后在兩邊僅僅分別消失一處光柵光譜則不同它為不連續的并且多處在平行光管軸兩邊消失另外還可以條件狹縫的寬度以保證明驗的準確度。

《大學物理試驗》教案試驗22衍射光柵篇五

試驗22衍射光柵

一、試驗目的：

1、觀看光柵的衍射光譜，理解光柵衍