1。 衍射光栅的实验原理

在大学物理实验中，主要通过衍射光栅的实验来测定实验用光栅的光栅常数和光波波长。当一束单色光垂直照射在透射光栅上时，光线在各狭缝都发生了衍射现象，这些衍射光经过透镜会聚后相互干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列的明暗条纹。

图1  衍射光栅的实验原理

如图1所示，当一束平行入射的光与透射光栅的法线成角，其在光栅上发生衍射，出射光与光栅的法线夹角为。从点作两条垂线分别到入射光和出射光。如果在处产生一个明亮条纹，则其光程差必等于波长的整数倍，即 论文网

为衍射光谱的级次，可以取，，，···。由这个方程，知道了，，，中的三个量，就可以推出另外一个数的值。

若光线为正入射，i=0，则上式变为

其中为第级谱线的衍射角，为光栅常数，为光谱级数。 

2。 衍射光栅的实验探究

2。1 实验器材

衍射光栅实验的光源一般选用低压汞灯，但是它并不一定是最理想的光源，所以我除了使用汞灯，还会用彩色节能灯做光源进行实验，根据实验数据来分析讨论光源对实验的影响。

图2  分光计的结构示意图

分光计是衍射光栅实验中的重要仪器，它的基本结构如图2所示，从图2可以了解到，分光计的结构组成部分还是比较复杂的，而在衍射光栅实验中，主要会用到的结构是分光计的望远镜及其仰俯角螺丝，载物台以及载物台的三根调节螺丝，平行光管和相应的仰俯角螺丝，其他还需要用到目镜锁紧螺丝，狭缝锁紧螺丝，载物台升降锁紧螺丝等。这些部分组合在一起综合调节才能最终的出很好的衍射光栅实验的实验现象。

图3  光栅

光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，如图3所示。光栅是衍射光栅实验的核心，它直接关系到实验的结果，所以实验中将会选用刻线数不同的光栅来进行实验，通过得到的数据来探究光栅的刻线数对于实验结果的影响并分析其原因。

2。2 实验内容与数据

以下所有实验都采用控制变量法进行实验，在光源对实验结果的影响的实验中，分别使用GY-4型低压汞灯和一般的20W的彩色节能灯作为唯一变量进行实验并记录相关数据；在分光计的不同调节方法对实验结果的影响的实验中，分别使用分光计的减半调节方法和对称调节方法作为唯一变量进行实验并记录相关数据；在探究衍射光栅的位置是否倾斜对实验结果的影响的实验中，唯一变量为光栅的位置，分别记录衍射光栅位置不倾斜，衍射光栅向后倾斜和衍射光栅向右倾斜时的实验数据；在探究平行光管狭缝位置是否准直对实验结果的影响的实验时，根据狭缝的位置是否准直为唯一变量，记录狭缝位置准直与狭缝位置有偏差时得到的实验数据；用规格相同但是狭缝刻线数不同的衍射光栅来探究光栅的刻线数对实验结果的影响并记录数据。每一组数据都需要记录光谱颜色为白色，紫色，绿色和黄色时的数据，即不同的光谱级数下的实验数据。文献综述

2。2。1 不同光源对实验结果的影响

由夫琅禾费衍射理论可知，光栅的衍射条纹是光的单缝衍射和多缝干涉的总效果。衍射光栅实验一般用低压汞灯来作光源。它光谱中几条明亮线分别为：404。66 nm紫色、435。83 nm蓝色、546。07 nm绿色、576。96 nm黄色、579。07 nm黄色。绿色谱线作为光栅衍射的一级光谱，一般会被用作标识，用于计算衍射光栅的光栅常数。

图4  汞灯与彩色节能灯