第一篇：實驗40光柵衍射法測定光波長實驗報告書寫綱要

實驗40光柵衍射法測定光波長實驗報告書寫綱要 1實驗?zāi)康?實驗原理

2.1光柵衍射

2.2光柵衍射法測量光波長的方法

2.3分光計調(diào)節(jié)步驟

2.4衍射角測量步驟

3實驗數(shù)據(jù)與處理

3.1 實驗數(shù)據(jù)

用規(guī)范的表格列出實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗結(jié)果說明。

3.2 數(shù)據(jù)處理

給出各個直接測量物理量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及儀器極限誤差等數(shù)據(jù)。進(jìn)行各個直接測量物理量的測量不確定度計算。

進(jìn)行光波長測量平均值計算。

進(jìn)行光波長測量不確定度計算。

注意：計算過程表述必須完整、嚴(yán)密。實驗結(jié)果

結(jié)果文字說明時必須說清什么光的波長。

5討論

可以談體會、方法改進(jìn)、新方法、提高測量精確度、回答討論題等。

第二篇：《大學(xué)物理實驗》教案實驗22 衍射光柵

實驗 22 衍射光柵

一、實驗?zāi)康模?/p>

1.觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射基本規(guī)律。2.進(jìn)一步熟悉分光計的調(diào)節(jié)和使用。

3.測定光柵常數(shù)和汞原子光譜部分特征波長。

二、實驗儀器：

分光計、光柵、汞燈。

三、實驗原理及過程簡述：

1.衍射光柵、光柵常數(shù) 光柵是由大量相互平行、等寬、等距的狹縫（或刻痕）構(gòu)成。其示意圖如圖 1 所示。

圖2

光柵上若刻痕寬度為 a，刻痕間距為 b，則 d＝a 十 b 稱為光柵常數(shù)，它是光柵基本參數(shù)之一。2.光柵方程、光柵光譜

根據(jù)夫瑯和費光柵衍射理論，當(dāng)一束平行單色光垂直入射到光柵平面上時，光波將發(fā)生衍射，凡衍射角

滿足光柵方程： 圖1，k 0，± 1，± 2...（1）時，光會加強。式中λ為單色光波長，k 是明條紋級數(shù)。衍射后的光波經(jīng)透鏡會聚后，在焦平面上將形成分隔得較遠(yuǎn)的一系列對稱分布的明條紋，如圖 2 所示。如果人射光波中包含有幾種不同波長的復(fù)色光，則經(jīng)光柵衍射后，不同波長光的同一級（k）明條紋將按一定次序排列，形成彩色譜線，稱為該入射光源的衍射光譜。圖 3 是普 0通低壓汞燈的第一級衍射光譜。它每一級光譜中有四條特征譜線：紫色λ14358 A ；綠色λ 0 0 025461 A ；黃色兩條 λ3＝5770 A 和λ45791 A。

3.光柵常數(shù)與汞燈特征譜線波長的測量 由方程（1）可知，若光垂直入射到光柵上，而第一級光譜中波長λ1 已知，則測出它相應(yīng)的衍射角為 1，就可算出光柵常數(shù) d；反之，若光柵常數(shù)已知，則可由式（1）測出光源發(fā)射的各特征譜線的波長 i。角的測量可由分光計進(jìn)行。

4．實驗內(nèi)容與步驟

a.分光計調(diào)整與汞燈衍射光譜觀察（1）調(diào)整好分光計。

（2）將光柵按圖 4 所示位置放于載物臺上。通過調(diào)平螺絲 a 1 或 a 3 使光柵平面與平行光管光軸垂直。然后放開望遠(yuǎn)鏡制動螺絲，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡觀察汞燈衍射光譜，中央（K 0）零級為白色，望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至左、右兩邊時，均可看到分立的四條彩色譜線。若發(fā)現(xiàn)左、右兩邊光譜線不在同一水平線上時，可通過調(diào)平螺絲 a 2，使兩邊譜線處于同一水平線上。

（3）調(diào)節(jié)平行光管狹縫寬度。狹縫的寬度以能夠分辨出兩條緊靠的黃色譜線為準(zhǔn)。

b.光柵常數(shù)與光譜波長的測量

第三篇：光柵衍射實驗的誤差分析及改進(jìn)途徑

光柵衍射實驗的誤差分析及改進(jìn)途徑

摘要：平行光未能嚴(yán)格垂直人射光柵將形成誤差，常用的對稱測盤法只能消除誤差的一階修正項，仍存在二階修正項誤差。采用測t最小衍射角的方法能有效地消除一階、二階修正項的誤差，而且能觀測到更高級次的衍射條紋，從而減少讀數(shù)誤差，提高實驗精度。

1光柵放置誤差的理論分析

當(dāng)平行光與光柵平面法線成a角斜入射時的光柵方程為

或

上兩式中Φk，Φ'k的物理意義如下圖所示。因此，如果光柵放置得不嚴(yán)格垂直于人射光，而實驗測量時仍用公式(1)進(jìn)行波長、分辨率等物理量的計算，將造成實驗誤差。不失一般性，就方程(2)考慮人射角θ對測量結(jié)果的影。

圖1 平行光斜入射光柵

將方程(2)展開并整理，得

（4）

與(1)式比較可知，由于人射角θ不等于零而產(chǎn)生了兩項誤差，如果θ很小，第一項tan(Φk/2)sinθ≈tan(Φk/2)x θ可視為一階小量，第二項2sin2θ/2≈θ2/2可視為二階小量，為

方便計，稱第一項為誤差的一階修正項，第二項為誤差的二階修正項。如果θ較大，則引起的誤差不能忽略。進(jìn)一步分析表明，在相同人射角θ的條件下，當(dāng)衍射級次k增加時，Φk增加，由于tanΦk是遞增函數(shù)，因此一階修正項增大，測量高級次的光譜會使實驗誤差 增大;而誤差的二階修正項與衍射級次k和衍射角Φk無關(guān)。

從測量理論來看，衍射級次k越高，衍射角Φk越大，估讀Φk引起sinΦk的相對誤差越小，因為△sinΦk/sinΦk = ctgΦk△Φk，而ctgΦk是遞減函數(shù)。另外角色散率dΦk /dλ= tanΦk/λ因正比于tanΦk而增大;角分辨率因正比于衍射級次k而增加。因此測量高次的光譜非但不增大二階修正項的相對誤差，反而能減小其它物理量的測量誤差，而誤差的一級修正項則與此矛盾。

2減少誤差的途徑 如果能測出θ值代入(4)進(jìn)行計算，理論上能對光柵放置不精確而引起的誤差進(jìn)行修正。但作為教學(xué)型實驗，人射角θ的測量有一定難度，而且從測量理論上考慮，應(yīng)盡可能減少直接測量量的數(shù)目?？紤]到第一修正項系數(shù)為奇函數(shù)，因此可以用對稱測量的方法來消除，這也是通常實驗所采用的。為此將(2)式和(3)式相加并兩邊同除2，得

可見第一修正項已消除，但第二修正項仍然存在。如按對稱測量方法，取左右兩個衍射角的平均值，計算波長等物理量應(yīng)該用公式(5)，而不能簡單地把(Φk+Φ'k)當(dāng)作Φk代人(1)式計算。

比如波長幾的計算，若不計第二修正項，則有

因此，平行光不垂直入射引起波長測量的相對誤差為

其相對誤差完全由人射角θ決定，與衍射級次k和衍射角Φk無關(guān)，而且對不同光柵，第二修正項誤差都一樣。其誤差隨人射角θ改變的理論計算結(jié)果如圖2所示。

圖2 光柵放置未能使平行光垂直入射引起的誤差

我們在JJY型(測量精度為δ=1'，光柵常數(shù)d = 1/300mm，待測光波長λ= 589.3nm)分光計上進(jìn)行了測量，測量結(jié)果以散點形式在圖2上標(biāo)出，測量誤差與理論計算誤差相一致。當(dāng)人射角θ=2°時，理論計算誤差為0.061%，實驗測定誤差為0.11%;人射角θ=4°時理論計算誤差為0.24%，實驗測定誤差為0.26%；人射角θ=30°時，理論計算誤差為15%，實驗測定誤差為14%；理論計算和實驗測量結(jié)果都表明，當(dāng)不垂直而偏離的角度較小時(θ<2°)，這部分誤差較小而可以忽略；如果偏離角度大時，測量誤差會顯著增加。因此通常的對稱測量方法并非是最佳的實驗方案。

考慮(2)式，注意到衍射級次k和衍射角Φk與入射角θ有關(guān)，經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)證明可知，對于一定的衍射級次k，當(dāng)θ=Φk /2時，dΦk /dθ=0，而且d2Φk /dθ2> 0，因此存在一個最小衍射角Φkmin，此時光柵方程簡化為

正如找三棱鏡最小偏向角一樣，可以通過實驗方便地測量出這一最小衍射角。即首先把望遠(yuǎn)鏡的十字叉絲對準(zhǔn)某一衍射級次的譜線，轉(zhuǎn)動載物臺帶動光柵作微小轉(zhuǎn)動，在望遠(yuǎn)鏡中可見到光譜線跟隨著光柵轉(zhuǎn)動而移動，由此可確定最小衍射角的截止位置，記下此時的讀數(shù)Φ1，然后取走光柵，將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)平行光管，記下此時的讀數(shù)Φ2，則Φkmin=|Φ2-Φ1|。與通常的測量方法一樣，只需兩次讀數(shù)就能測出波長等物理量，而且消除了第一、第二修正項引起的誤差。因此，測量光柵最小衍射角，由方程(8)進(jìn)行波長、分辨率等物理量的計算，不僅消除了一階、二階修正項引起的誤差，而且還有另外一個優(yōu)點，即增加光柵的衍射級次k，如實驗室常用光柵，用對稱測量法一般只能觀測到二級衍射條紋，采用最小衍射角法，則能方便地觀則到四級衍射條紋，因而增加Φkmin值，減少讀數(shù)引起的相對誤差，從而有效地提高測量精度。

圖3 最小衍射的測量

3結(jié)束語

光柵衍射實驗是測量精度比較高的普通物理實驗，以波長測量為例，如果分光計的調(diào)整和光柵放置精確，則測量最大誤差可由下式

進(jìn)行估算。取分光計的儀器誤差δ作為測量角度的誤差，光柵常數(shù)d通過測量某一標(biāo)準(zhǔn)波長為λ0的入射光的衍射角求得，則測量光柵常數(shù)d的誤差為△d/d二ctgΦk*△Φk，所以

可見，測量波長的相對誤差隨衍射角的增加而快速減小。以對汞燈光譜的綠光波長測量為例，對一、二級譜線，其衍射角分別約為9°33'，和19°23'，取△Φk =δ=1'，則△λ/λ分別為0.24%和0.12%，但學(xué)生測量結(jié)果的相對誤差大多超過1.0%，其主要原因在于分光計的調(diào)整和光柵放置不精確。我們將其改為測量三階最小衍射角，結(jié)果實驗精度在1.0%以內(nèi)。因此測量最小衍射角法可以在學(xué)生實驗推廣使用。

4討論測量誤差

這種方法的主要誤差在于用光強來判斷兩套莫爾條紋重合的光強測量精度。因此，提高測量精度的主要方法是提高光強測量精度或增加z2-z1之值。

設(shè)由光強測量誤差引起的位置誤差為△z，則

當(dāng)光強測量精度為0.5%，則△z=1.16mm，按照（15）式計算的值為0.28%。實際測量中常用不同K時的位置代入式(14)中計算，取平均值作為測量結(jié)果，偶然誤差的影響減少。

干涉條紋重迭法中，單獨每一套條紋在空間任一位置對比度都比較好，因此，當(dāng)兩套干涉條紋重合時，對比度是更好的，測量將是更精確。此方法的條件限制是要求試件φ角比較小。

第四篇：實驗記錄及實驗報告的書寫

實驗記錄及實驗報告的書寫

生化實驗是在生化理論及有關(guān)理論指導(dǎo)下的實踐。實驗?zāi)康脑谟诮?jīng)過實踐掌握科學(xué)觀察的基本方法和技能，培養(yǎng)科學(xué)思維、分析判斷及解決實際問題的能力，培養(yǎng)尊重科學(xué)事實和真理的學(xué)風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。當(dāng)然，通過實驗還可以加深和擴(kuò)大對生化理論的認(rèn)識。

為了達(dá)到實驗的目的，要求學(xué)生在實驗前進(jìn)行預(yù)習(xí)，通過預(yù)習(xí)對實驗的內(nèi)容、目的要求、基本原理、基本操作及注意事項有初步的了解；要求學(xué)生在實驗中合理組織安排時間，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行操作，細(xì)致觀察各種變化并如實做好實驗結(jié)果的記錄；還要求學(xué)生在操作結(jié)束后認(rèn)真進(jìn)行計算或分析，寫好實驗報告。

一、實驗記錄

實驗記錄應(yīng)及時、準(zhǔn)確、如實、詳盡、清楚。

“及時”是指在實驗中將觀察到的現(xiàn)象、結(jié)果、數(shù)據(jù)及時記錄在記錄本（或《實驗指導(dǎo)》合適位置）上?；仡櫺缘挠涗浫菀自斐蔁o意或有意的失真。實驗結(jié)果的記錄不可參雜任何主觀因素，不能受現(xiàn)成資料及他人實驗結(jié)果的影響。若出現(xiàn)“不正常”的現(xiàn)象，更應(yīng)如實詳盡記錄。

表格式的記錄方式簡練而清楚，值得提倡使用。如無專用的記錄本，可分項記錄于《實驗指導(dǎo)》中相應(yīng)的操作項目之下。記錄時字跡必須清楚，不提倡使用易于涂改及消退的筆、墨作原始記錄。

完整的實驗記錄應(yīng)包括日期、題目（內(nèi)容）、目的、操作，現(xiàn)象及結(jié)果（包括計算結(jié)果及各種圖表）。使用精密儀器進(jìn)行實驗時還應(yīng)記錄儀器的型號及編號。

二、實驗報告

實驗結(jié)束后，應(yīng)及時整理和總結(jié)實驗結(jié)果，寫出實驗報告。

完整的實驗報告應(yīng)包括實驗名稱、實驗日期、目的要求、實驗原理、試劑、儀器設(shè)備、操作方法、實驗結(jié)果、討論等項內(nèi)容。

其中，目的要求、原理、設(shè)備、試劑及操作方法等項只要求作簡明扼要的敘述，不必也不應(yīng)將《實驗指導(dǎo)》原版抄錄一遍。但對實驗的條件，操作要點等實驗成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)作清楚描述。

實驗結(jié)果首先是如實記錄實驗中觀察到的現(xiàn)象及各種原始數(shù)據(jù)，還應(yīng)包括根據(jù)實驗要求整理、歸納數(shù)據(jù)后進(jìn)行計算的過程及計算結(jié)果，包括根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及

計算作出的各種圖表（如曲線圖，對照表等）。

討論部分不是對結(jié)果的重述，而是對實驗結(jié)果、實驗方法和異?，F(xiàn)象進(jìn)行探討和評論，以及對實驗設(shè)計的認(rèn)識、體會及建議。

一般要有實驗結(jié)論。結(jié)論要簡單扼要，以說明本次實驗所獲得的結(jié)果。如在臨床生化檢驗項目中，可評價樣本檢出值與相應(yīng)正常值之間的異同及其臨床意義。

第五篇：X射線衍射實驗報告

X射線衍射實驗報告

姓名：XXX 專業(yè)：有機化學(xué)

學(xué)號：312070303004

時間：2012.12.05

一、實驗?zāi)康?/p>

1.了解X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)； 2.熟悉X射線衍射儀的工作原理；

3.掌握X射線衍射儀的基本操作。

二、實驗原理

X射線是原子內(nèi)層電子在高速運動電子的轟擊下躍遷而產(chǎn)生的光輻射，主要有連續(xù)X射線和特征X射線兩種。晶體可被用作X光的光柵，這些很大數(shù)目的原子或離子/分子所產(chǎn)生的相干散射將會發(fā)生光的干涉作用，從而影響散射的X射線的強度增強或減弱。由于大量原子散射波的疊加，互相干涉而產(chǎn)生最大強度的光束稱為X射線的衍射線。

滿足衍射條件，可應(yīng)用布拉格公式：2dsinθ=λ

應(yīng)用已知波長的X射線來測量θ角，從而計算出晶面間距d，這是用于X射線結(jié)構(gòu)分析；另一個是應(yīng)用已知d的晶體來測量θ角，從而計算出特征X射線的波長，進(jìn)而可在已有資料查出試樣中所含的元素。

三、儀器組成

X射線衍射儀的基本構(gòu)造原理圖, 主要部件包括4部分。1

X射線衍射儀電路圖

（1）高穩(wěn)定度X射線源 提供測量所需的X射線, 改變X射線管陽極靶材質(zhì)可改變X射線的波長, 調(diào)節(jié)陽極電壓可控制X射線源的強度。

（2）樣品及樣品位置取向的調(diào)整機構(gòu)系統(tǒng) 樣品須是單晶、粉末、多晶或微晶的固體塊。

（3）射線檢測器 檢測衍射強度或同時檢測衍射方向, 通過儀器測量記錄系統(tǒng)或計算機處理系統(tǒng)可以得到多晶衍射圖譜數(shù)據(jù)。（4）衍射圖的處理分析系統(tǒng) 現(xiàn)代X射線衍射儀都附帶安裝有專用衍射圖處理分析軟件的計算機系統(tǒng), 它們的特點是自動化和智能化。

四、實驗步驟

1）開啟循環(huán)水系統(tǒng)：將循環(huán)水系統(tǒng)上的鑰匙擰向豎直方向，打開循環(huán)水上的控制器開關(guān)ON，此時界面會顯示流量，打開按鈕RUN即可。調(diào)節(jié)水壓使流量超過3.8L/min，如果流量小于3.8L/min，高壓將不能開啟。

2）開啟主機電源：打開交流伺服穩(wěn)壓電源，即把開關(guān)扳到ON的位置，然后按開關(guān)上面的綠色按鈕FAST START, 此時主機控制面板上的“stand by”燈亮。

3）按下Light（第三個按鈕），打開儀器內(nèi)部的照明燈。

4)關(guān)好門，把HT鑰匙轉(zhuǎn)動90°，擰向平行位置，按下X'Pert儀器上的Power on（第一個按鈕），此時HT指示燈亮，HT指示燈下面的四個小指示燈也會亮，并且會有電壓（15KV）和電流（5mA）顯示，等待電壓電流穩(wěn)定下來。如果沒有電壓電流顯示，把鑰匙擰向豎直位置稍等半分鐘再把鑰匙擰向平行位置，重復(fù)此操作，直到把HT打開。

5）點擊桌面上的X'Pert Data Collector軟件，輸入賬號密碼。

6）點擊菜單Instrument的下拉菜單Connect，進(jìn)行儀器連接，出來以對話框，點擊OK，再出來對話框還點擊OK，此時軟件的左側(cè)會出現(xiàn)參數(shù)設(shè)定界面Flat sample stage。

7）Flat Sample Stage界面共有3個選項卡Instrument Settings，Incident Beam Optics 和 Diffracted Beam Optics，設(shè)備老化和電壓電流操作均在Instrument Settings下設(shè)定，后兩個參數(shù)設(shè)定一般不要動。

8）如果兩次操作間隔100個小時以上應(yīng)選擇正常老化，間隔在24~100個小時之間的應(yīng)選擇快速老化。老化的方式：在第7步的Instrument Settings下，展開Diffractometer→X-ray →Generator（點擊前面的小“+”號），此時Generator下面有三個參數(shù)：Status,Tension和Current，雙擊這三個參數(shù)中的任一個或者右擊其中的任一個選擇change，會出現(xiàn)Instrument Settings對話框，此時正定位在此對話框的第三個選項卡X-ray上，界面上有X-Ray generator，X-Ray tube和Shutter三項，點擊X-Ray tube下的Breed?按鈕，會出現(xiàn)Tube Breeding對話框，選擇breed X-Ray tube的方式：at normal speed或者fast，然后點擊ok，光管開始老化，鼠標(biāo)顯示忙碌狀態(tài)。老化完畢后，先升電壓后升電流，每間隔5KV，5mA地升至40KV，40mA，即設(shè)備將在40KV和40mA的狀態(tài)下工作。

9）試樣制備：根據(jù)樣品的量選擇相應(yīng)的試樣板，粉體或者顆粒都應(yīng)盡量使工作面平整。

10）打開設(shè)備門，放入樣品，把門合上，應(yīng)合緊，否則會提示Enclosure（doors）not closed的錯誤。

11）首先選擇project，點擊X'Pert Data Collector的Customize菜單下的Select Project?，出現(xiàn)Select Current Project的對話框，選擇自己的文件夾，點擊ok即可。如果還沒有自己的project，打開X'Pert Organizer軟件，點擊菜單Users & Projects菜單下的Edit Projects，點擊New?，出現(xiàn)New Project對話框，新建自己的project，點擊ok即可。然后重復(fù)第11步前半部分。

12）點擊菜單Mearsure下的Program?，出現(xiàn)Open Program對話框，默認(rèn)Program type為Absolute scan，默認(rèn)選擇cell-scan，點擊ok，出現(xiàn)Start對話框，由于第11步的工作，所以Project name一欄已經(jīng)選擇在自己的文件夾，在Data set name一欄填入試樣代號，點擊ok，即開始掃描。

13）開始掃描后會出現(xiàn)Positioning the instrument，然后“咔”的一聲，儀器門鎖上，兩臂抬起，開始掃描試樣，默認(rèn)衍射角10~80°。

14）掃描結(jié)束后“咔”的一聲，兩臂開始降落，顯示Positioning the instrument，此時一定要等兩臂降下來（衍射角約為12.000°時）之后再開門，不然又會提示Enclosure（doors）not closed的錯誤。

15）測試結(jié)束后，先降電流再降電壓，把電流和電壓分別降到10mA和30KV（每間隔5mA，5KV的降），將鑰匙轉(zhuǎn)動90°到豎直位置，關(guān)閉高壓；等待約2分鐘后按下Stand by按鈕，關(guān)閉主機和循環(huán)水系統(tǒng)。如果下次測試時間間隔不超過20小時，就不用關(guān)閉高壓（不擰鑰匙），不關(guān)主機和循環(huán)水，但是要把電流和電壓降下來。

16）導(dǎo)出數(shù)據(jù)。打開X'Pert Organizer，Database的下拉菜單的Export的Scans?，出來Export scans對話框，點擊下面的Filter?按鈕，通過過濾，查找到相應(yīng)文件，選中，點擊ok，然后點擊Folder?找到存放的目錄，點擊ok，然后把rd和csv的格式勾上，并全部選中，ok即可。

17）光盤刻錄。準(zhǔn)備好空白光盤，打開刻錄軟件，按照提示操作。

五、實驗結(jié)果

TiO2的X射線衍射圖譜如下：

六、實驗分析

如上圖所示，樣品所獲峰與所選標(biāo)準(zhǔn)卡片主要的峰在出現(xiàn)位置和強度上吻合得都是非常好的，只有樣品的第一個峰不能滿足，當(dāng)選用其他能夠滿足第一峰出現(xiàn)位置的其他標(biāo)準(zhǔn)卡片時，都會帶來明顯的樣品沒有的峰，又因為該峰的強度很小，故可以認(rèn)為是某種干擾或雜質(zhì)帶來的，但我們可以確定的是樣品中的最絕大多數(shù)物質(zhì)就是所選標(biāo)準(zhǔn)卡片所對應(yīng)的物質(zhì)。