用鋼尺半測(cè)量激光波長

1、評(píng)分：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：用鋼板尺測(cè)量激光的波長班 級(jí)：電信08-1姓 名：詹曉燕學(xué)號(hào)：07指導(dǎo)教師：王德明茂名學(xué)院物理系大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)日期：2009年12月3日用鋼板尺測(cè)量激光的波長實(shí)驗(yàn)提要課題的提出和依據(jù) 光是一種電磁波，光在真空中的波長不同，性質(zhì)也不同如波長小于 390nm 的光波叫紫外光，它有殺菌作用；波長大于 770nm 的光波叫紅外光，它能傳遞 熱量.波長在 390nm至770nm之間的光波是人眼可見的，叫可見光，不同波長 有不同的顏色：如波長為390446nm的光是紫色的，波長為 620770nm的光是紅色的，橙、黃、綠、藍(lán)各色依次排列其間，都由其波長決定

2、，而與其強(qiáng)度、 方向等因素?zé)o關(guān). 由此可見， 光的波長是決定光波性質(zhì)的最重要的參數(shù)之一. 那 么，怎樣才能測(cè)出光的波長呢 ?可見光在真空中 （或空氣中 ） 的波長只有萬分之幾 毫米，這么短的長度又怎么用毫米刻度尺去測(cè)量呢 ?本實(shí)驗(yàn)用最小分度為 0.5 mm的普通鋼尺“量”出只有 0.000 6 mm左右的波 長，而且看到了反射角不等于入射角的“奇怪”現(xiàn)象.它說明，反射定律只是 在一定條件下才成立的，如果反射面上刻有許多很細(xì)而且等間距的刻痕，就可 使不同波長的光反射到不同的方向去，這就是現(xiàn)代高科技中常用的光學(xué)元件 “光柵”的雛形.光柵是一種比棱鏡更好的分光器件。如果利用光柵的衍射 原理就不難用普

3、通的鋼尺測(cè)量出激光的波長。實(shí)驗(yàn)課題及任務(wù)用鋼板尺測(cè)量激光的波長 實(shí)驗(yàn)課題任務(wù)是，利用光的波動(dòng)性，用一把 鋼板尺，通過用激光照射鋼板尺的帶有刻度的一面而反射到光屏上的衍射花樣， 根據(jù)激光的相干性和反射光的干涉原理，經(jīng)過分析，找出規(guī)律，測(cè)量出激光的 波長。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)出 用鋼板尺測(cè)量激光的波長 的整體方案， 內(nèi)容包括： （ 寫出實(shí)驗(yàn)原理和理論計(jì)算公式；選擇測(cè)量儀器；研究測(cè)量方法；寫 出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟。 ） 然后根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，記錄數(shù)據(jù)，做 好數(shù)據(jù)處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，也可按書寫科學(xué)論文的格 式書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)： 07實(shí)驗(yàn)日期： 用鋼尺測(cè)量激光

4、波長的數(shù)據(jù)記錄表格鋼板尺尺端到屏的距離：L=2323.0mm 刻痕間距：d=0.5mm項(xiàng)目sSiS2SS4S5S6S7S8長度(mm)30.0222.2277.6317.0350.0379.0405.4429.3451.8472.5鋼尺的誤差A(yù)inst 0.1 mm 剛卷尺的誤差 ；i nst = 0.5mm教師簽名:用鋼板尺測(cè)量激光的波長、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)光的干涉、衍射原理的認(rèn)識(shí)與理解。2、了解掌握光柵的分光作用及原理。3、學(xué)會(huì)運(yùn)用光柵的衍射原理及利用普通鋼尺測(cè)量光的波長。4、加強(qiáng)鍛煉實(shí)驗(yàn)者的實(shí)際設(shè)計(jì)能力與動(dòng)手能力。二、實(shí)驗(yàn)儀器小型半導(dǎo)體激光器一支，普通鋼尺一把，卷尺一把，膠帶紙若干，紙若

5、干、墊咼物。三、實(shí)驗(yàn)原理如圖-1所示：讓一束激光照到鋼 尺的端部，其中一部分激光從鋼尺上方直接照到觀察屏上的一So點(diǎn)，其余激光從鋼尺表面反射到屏上.在屏上除了與 -So對(duì)稱的So點(diǎn)有反射亮斑外，還可看 到一系列亮斑 S0、Si、S2、S3Sn. O 這是因?yàn)?，尺上是有刻痕?（刻痕的間 距是d=0.5 mm），光在兩刻痕間的許多 光滑面上反射，這些反射光如果相位相 同（即波峰與波峰相遇，波谷與波谷相R 1叢魅獻(xiàn)上刪-2可B、B反射的光，到達(dá)屏上C點(diǎn)時(shí)所遇），貝尼們會(huì)相互疊加而加強(qiáng)，形成亮斑，否則會(huì)相互抵消而減弱.由圖知，從光源某一點(diǎn) A發(fā)出而在相鄰光滑面二 d cos ： - cos ：( 1

6、)鋼尺E擴(kuò) ft 如貽解-J-經(jīng)過的路程差（稱為光程差）為:二 ABC - AB C 二 BD - DB若恰好等于零或等于波長的 整數(shù)倍，則這些反射光的相位就相 同，屏上C點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)亮斑顯然， 在 處， =0，這就是在So處的 亮斑.在Si、S2、S3、S、處，必 有： = .；， , =2, =3, =4因此，由(1)式可知：d(cos :cos 1) = (2)d(cos :- 一 cos F 2)=2 (3) d(cos ； 一 cos 1:,3 )=3 (4)d(cos : 一 cos : 4)=4 (5)其中d=0.5 mm是已知的，因此，只要測(cè)出：和r、遼、-3、 4就可從以上各式

7、算出波長的值實(shí)驗(yàn)中，使尺與屏垂直，貝tan - - h. L(6)其中，L是尺端到屏的距離，h是各亮斑到0點(diǎn)的距離，而 0點(diǎn)位于點(diǎn)和一 點(diǎn)的中心量出各亮斑間的距離即可求得各1值，對(duì)應(yīng)于亮斑 的1等于：。聯(lián)立(2)、(3)、(4)、(5)式可推出：n，= d(cos：- -cos ： J又由圖1 可知 cos -S =L.hg2L2同理，可得cos - nL則=n =(1,2,3,，n)(7)n &h。+L 州 +L 丿其中ho為So到O點(diǎn)的距離，hn為O點(diǎn)到Sn的距離，-n為各亮斑所對(duì)應(yīng)的角度一：。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、按圖1所示放置好激光器、鋼板尺等實(shí)驗(yàn)儀器。2、調(diào)整激光器到適當(dāng)角度，讓激光

8、照到鋼板尺的尺端，此時(shí)，屏上膠帶紙出現(xiàn)亮斑，在亮斑位置處作上記號(hào)，分別為-屍、S0、S1、S2、s3、s4、S5、S 、 S7、 S8。63、 用一卷尺測(cè)量鋼板尺尺端到屏的距離L。4、關(guān)閉電源，用鋼板尺分別測(cè)量出各標(biāo)記好的膠帶紙的長度，記錄數(shù)據(jù)5、實(shí)驗(yàn)完畢，收拾儀器、整理桌面。注意事項(xiàng)：1、鋼板尺的擺放位置及激光器與鋼板尺的角度的擺放。2、需調(diào)節(jié)儀器到屏上出現(xiàn)最清晰亮斑方可做記號(hào)。3、做記號(hào)時(shí)，應(yīng)目測(cè)到亮斑的中心點(diǎn)做記號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)鋼板尺尺端到屏的距離：L=2323.0mm刻痕間距：d=0.5mm項(xiàng)目_ s0ss1s2S3S4s5s6s7&長度(mm)30.0222.2277.6317.03

9、50.0379.0405.4429.3451.8472.5鋼尺的誤差 厶inst二0.1 mm 鋼卷尺的誤差.：inst = 0.5mmhosk竺土略 96.1mm2六、數(shù)據(jù)處理hi=3 -s0)h0 = 277.630.096.1 = 151.5mmh2=s? -(-S0)-h = 317.0 - 350.0 - 96.1 = 190.9mm同理可得:h3 = 223.9mm h4 = 252.9mmh5 = 279.3mmh6 = 303.2mm h7 = 325.7mm h8 = 346.4mm代入公式（7）可得:23231 &96.12 十23232J151.52 十 232320.5

10、2.5232323232323=634.9nm2 &96.12 +2323同理可求得：V190.9 +2323 3=627.4nm3 =627.1 nm 4 =628.0nm 5 = 630.0nm6 =630.0nm 7 =631.2nm 8 =630.4nm的平均值:1 n1i 634.9 627.4 627.1628.0 630.0 630.0 631.2 630.4i=629.9 nmn y8對(duì)4求不確定度：對(duì)于5來說，L、h0、h4都是單次測(cè)量量，因此不確定度為倍的儀器誤差， =1則：UL 二inst =1 0.5 二 0.5mmU ho = U 瓦=KAi nst = 1 x 0.

11、1 = 0.1mmU =UUlUh42-+ -.p23削 + L2 )-2dh。-3/220.5 96.1V3 96.12 +2323.023/20.5-2dh4U 丫-3/2 U h422d.3漢(96.1 +2323.0 )3/20.12x 0.5x 252.9- 2 2-3U252.9 +2323.03/20.1=0.1( nm)的相對(duì)不確定度：U ?0.1Ur100%100% =0.02%629.9七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表達(dá)：證=(629.9 _0.1)nm U , =0.02%八、實(shí)驗(yàn)心得：這是自己第一次接觸到此類設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，一改往常對(duì)照書本加老師苦口婆心 的解說與介紹，此次試驗(yàn)要求自己綜合以往所學(xué)知識(shí)依照實(shí)驗(yàn)要求自行設(shè)計(jì)并 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，覺得這次實(shí)驗(yàn)任務(wù)是挺有挑戰(zhàn)性的。通過后來的查閱資料與思 考，最終設(shè)計(jì)并完成了實(shí)驗(yàn)操作與一系列的數(shù)據(jù)處理。這次試驗(yàn)，使我對(duì)光