畢業(yè)論文利用自制新狹縫與菲涅爾雙棱鏡測量光波波長

1、 . PAGE14 / NUMPAGES19 . 楚雄師學院本科生畢業(yè)論文題目：利用自制新狹縫和菲涅爾雙棱鏡測量光波波長系（院）：物電系專業(yè)：物理學（師類）學號：學生：指導教師：職稱：實驗師 論文字數：完成日期： 2013年 5 月教務處印制師學院物電系畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：呈交的畢業(yè)論文“利用自制新狹縫和菲涅爾雙棱鏡測量光波波長”，是本人在指導教師向文麗的指導下進行研究工作所取得的成果。除文中已經引用的容外，本論文不含任何其他個人或集體已發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文的研究所做出幫助的個人和集體，均已在論文中作了明確的說明并表示了意。本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)論文作者簽名：

2、 日期：2013年 月 日目 錄摘要 = 1 * ROMAN I關鍵詞 = 1 * ROMAN IAbstract= 3 * ROMANIIKeywords= 3 * ROMANII引言11.菲涅爾雙棱鏡測量光波波長11.1儀器11.2原理與裝置11.3數據記錄21.3.1測量與D21.3.2測量d（二次成像）31.3.3波長與誤差41.4結論分析42.自制新狹縫測量光波波長52.1自制新狹縫與菲涅爾雙棱鏡測量光波波長52.1.1儀器52.1.2原理與裝置52.1.3數據記錄6（1）測量與D6（2）測量d（二次成像）7（3）波長與誤差82.1.4結論分析92.2可調狹縫與自制新狹縫量光波波長9

3、2.2.1儀器92.2.2原理與裝置92.2.3數據記錄10（1）測量與D10（2）測量d11（3）波長與誤差122.2.4結論分析123.結論12結束語13參考文獻13致14利用自制新狹縫和菲涅爾雙棱鏡測量光波波長摘要：光廣泛的應用于實際的生活之中，在許多實時的測量中得到應用。不同光照射，其波長是不一樣的，所以光的波長的檢測極其重要。本文利用自制新狹縫和菲尼爾雙棱鏡測量光波波長，實驗簡便而精確，具有一定的測量價值和應用價值。關鍵詞：光波波長；干涉；新狹縫；菲涅爾雙棱鏡。Measuring the wavelength by using a new self -made slit and Fr

4、esnel double biprism Abstract:Light is widely used in the actual life.It has been applied in many real-time measuring,. different light, The wavelength is different with different light radiation.The detection of light wavelength is extremely important.It is simple and accurate by using a new slit a

5、nd fresnel double biprism to measure light wavelength in the paper.It has certain measurement and application value. Keywords:wavelength; Interference; New slits; Fresnel double biprism.利用自制新狹縫和菲涅爾雙棱鏡測量光波波長引言光的衍射和干涉的應用是光學的一項重要研究容，光的干涉與衍射是一種重要的測量手段，本實驗采取替代分析的方法，運用菲涅爾雙棱鏡和自制新狹縫產生分波面干涉來實驗。兩種實驗一方面可以對比得到所

6、測光波波長，一方面還可以檢測自制新狹縫的精確度，最終可以更精確測量所測的光波波長。1菲涅爾雙棱鏡測量光波波長1.1儀器光具座 鈉光燈 可調狹縫 雙棱鏡 測微目鏡 凸透鏡1.2原理與裝置兩列光波的頻率一樣、振動方向一樣、相差恒定（或一樣),則相遇時會在相遇的區(qū)域產生干涉現象。如圖1所示，鈉光燈照射可調狹縫S，S即為一線狀光源，當發(fā)出的光照射到雙棱鏡AB上時，形成了兩束相干光，這兩干涉光相當于是兩虛光源S1 S2，由于這兩束相干光來自同一光源，滿足相干條件，相遇區(qū)域P1 P2產生明暗相間的干涉條紋，且相鄰明暗兩條紋之間的間距一樣。S1S2SAB A PPP1 PPP2 PPO Dd圖1用測微目鏡讀

7、出干涉條紋的間距，在光具座上讀出虛光源到測微目鏡的距離D，用二次成像的辦法計算出兩虛光源的距離d，最后計算出所測光波波長為： 如圖2所示，即為實驗實物圖，先應調節(jié)各元件達到共軸等高，打開鈉光燈使其先預熱4-5分鐘之后開始調節(jié)各儀器，在測微目鏡里能夠看到清晰的條紋，在稍微放寬可調狹縫，使條紋最清晰，然后固定可調狹縫和雙棱鏡的位置。 圖3所示是實驗時，在測微目鏡里觀察到的圖像，能夠看見明暗相間的干涉條紋。圖3圖21.3數據記錄1.3.1測量與D次數項目y1 mmy2 mm|y2- y1|13.7004.8401.1400.114023.7104.8501.1140.114033.7104.8401

8、.1300.113043.7204.8501.1300.113053.7204.8601.1300.1130由上述可以得到明暗條紋的間距在標有刻度的光具座上讀出 D次數12345D（cm）41.7441.7541.7641.7541.75由上述可以得到虛光源到測微目鏡的距離D1.3.2測量d（二次成像法）LS1S2dd1ab圖5LS1S2dd1ba圖4圖4、圖5即為二次成像法的實驗原理圖，在可調狹縫和雙棱鏡保持位置不變，在測微目鏡的前面安裝凸透鏡，且各元件達到共軸等高，移動凸透鏡和測微目鏡找到最大像和最小像。由圖4可以得到放大像，而放大像之間的距離為d1 ：由d/d1=a/b得到 （1） ，由

9、圖5可以得到縮小像，而縮小像的距離為d2：由d/d2=b/a得到 （2）。由（1）、（2）兩式可以求出。放大像 mm縮小像 mmy1 mmy2 mmd1=|y2- y1| mmmm13.6104.9501.3402.3105.6803.37023.9305.3101.3802.2805.7503.47033.7205.1301.4102.3405.7603.42043.8305.1901.3602.3005.7503.45053.6605.0101.3502.3305.7203.390所以 由上述可以得到兩虛光源的距離 1.3.3波長與誤差最后得到所測鈉光燈的波長為： 1.4結論分析上述實驗可

10、以測量出所測鈉光燈的波長，而鈉光燈的波長真實值為為589.3nm，所以測量值和真實值存在著相當大的誤差。誤差的來源主要來自明暗條紋的間距的測量和虛光源的距離的測量，針對第一條誤差，改進實驗一：用自制新狹縫（雙縫）代替可調狹縫：針對第二條誤差，改進實驗二：用自制新狹縫（雙縫）代替雙棱鏡。自制新狹縫測量光波波長2.1自制新狹縫與菲涅爾雙棱鏡測量光波波長2.1.1儀器光具座 鈉光燈 可調狹縫 雙棱鏡 測微目鏡 凸透鏡 新狹縫2.1.2原理與裝置兩列光波的頻率一樣、振動方向一樣、相差恒定（或一樣),則相遇時會在相遇的區(qū)域產生干涉現象。 制備新狹縫，用一個黑色的盒子，在一邊正中央的地方用小刀劃出長寬各1

11、cm的正方形，然后用剪刀剪出兩片一樣大鋅薄，并把兩片鋅薄用雙面膠貼在同樣大的載玻片上。在盒子的正方形的中央安裝上0.5mm-1mm的金屬絲之后，再把載玻片安裝上，新狹縫就制成了，并且可以調節(jié)狹縫的寬度，如圖6所示圖6如圖7所示，鈉光燈照射新狹縫S，S即為兩線狀光源，當發(fā)出的光照射到雙棱鏡AB上時，形成了兩束相干光，這兩干涉光相當于是兩虛光源S1S2，由于這兩束相干光來自同一光源，滿足相干條件，相遇區(qū)域P1 P2產生明暗相間的干涉條紋，且相鄰明暗兩條紋之間的間距一樣。圖7S1S2SAB A PPP1 PPP2 PPO Dd用測微目鏡讀出干涉條紋的間距，在光具座上讀出虛光源到測微目鏡的距離D，用二

12、次成像的辦法計算出兩虛光源的距離d，最后計算出所測光波波長為： 如圖8所示，即為實驗實物圖，先應調節(jié)各元件達到共軸等高，打開鈉光燈使其先預熱4-5分鐘之后開始調節(jié)各儀器，在測微目鏡里能夠看到清晰的條紋，在稍微放寬可調狹縫，使條紋最清晰，然后固定可調狹縫和雙棱鏡的位置。圖9所示是實驗時，在測微目鏡里觀察到的圖像，能夠看見明暗相間的干涉條紋。和傳統(tǒng)的狹縫調出的干涉圖即圖3相比，干涉條紋增多，條紋總間距變大。圖8圖92.1.3數據記錄（1）測量與D次數項目y1 mmy2 mm|y2- y1|13.3105.5202.2100.147023.3605.5502.1900.146033.3405.530

13、2.1900.146043.3505.5502.2000.147053.3205.5302.2100.1470由上述可以得到明暗條紋的間距在標有刻度的光具座上讀出 D次數12345D（cm）33.5533.5633.5533.5433.55由上述可以得到虛光源到測微目鏡的距離D（2）測量d（二次成像法）LS1S2dd1ab圖11LS1S2dd1ba圖10圖10、圖11即為二次成像法的實驗原理圖，在新狹縫和雙棱鏡保持位置不變，在測微目鏡的前面安裝凸透鏡，且各元件達到共軸等高，移動凸透鏡和測微目鏡找到最大像和最小像。由圖10可以得到放大像，而放大像之間的距離為d1 ：由d/d1=a/b得到 （1）

14、 ，由圖11可以得到縮小像，而縮小像的距離為d2：由d/d2=b/a得到 （2）。由（1）、（2）兩式可以求出。放大像 mm縮小像 mmy1 mmy2 mmd1=|y2- y1| mmmm13.8605.6501.7904.5505.5901.04023.8405.6321.7924.6405.6300.99033.9465.7401.7944.6205.6301.01043.8805.6721.7924.630506401.01053.9005.6901.7904.6005.6201.020所以 由上述可以得到兩虛光源的距離 （3）波長與誤差最后得到所測鈉光燈的波長為： 2.1.4結論分析上

15、述實驗測量出所測鈉光燈的波長，用自制的新狹縫（雙縫）代替可調狹縫，增加了干涉條紋的條數，而且干涉條紋更加的清晰，對比在沒有替換之前的實驗中所測得干涉條紋的間距，減小了誤差，干涉條紋間距的測量誤差減小，而測量的波長值在真實值的圍，利用金屬絲制備的可調狹縫即雙縫，實驗精確度更大，具有一定的實驗價值。2.2可調狹縫與自制新狹縫測量光波波長2.2.1儀器光具座 鈉光燈 可調狹縫 測微目鏡 刀片 新狹縫 讀數顯微鏡2.2.2原理與裝置兩列光波的頻率一樣、振動方向一樣、相差恒定（或一樣),則相遇時會在相遇的區(qū)域產生干涉現象。制備新狹縫，選用一片長4cm、寬2cm的玻璃，且玻璃的一面是透光的，一面不能透光。

16、然后用刀片在不透光的一面劃出寬為0.5mm-2mm的兩道刀痕，用讀數顯微鏡檢查刀痕的質量，以便可以使用。圖12即為制作的新狹縫，圖13是在讀數顯微鏡下觀察新狹縫，圖14是在讀數顯微鏡里觀察到大兩道刀痕。圖12圖13圖14如圖15所示，鈉光燈照射可調狹縫S，S即為一線狀光源，當發(fā)出的光照射到新狹縫時，形成了兩束相干光，由于這兩束相干光來自同一光源，滿足相干條件，相遇區(qū)域P1 P2產生明暗相間的干涉條紋，且相鄰明暗兩條紋之間的間距一樣。圖15SAB A PPP1 PPP2 PPO Dd用測微目鏡讀出干涉條紋的間距，在光具座上讀出虛光源到測微目鏡的距離D，用讀數顯微鏡讀出玻璃上兩刀痕的距離d，最后計

17、算出所測光波波長為： 如圖16所示，即為實驗實物圖，先應調節(jié)各元件達到共軸等高，打開鈉光燈使其先預熱4-5分鐘之后開始調節(jié)各儀器，在測微目鏡里能夠看到清晰的條紋，在稍微放寬可調狹縫，使條紋最清晰，然后固定可調狹縫和新狹縫的位置。 圖17所示是實驗時，在測微目鏡里觀察到的圖像，能夠看見明暗相間的干涉條紋。圖16圖172.2.3數據記錄（1）測量與D次數項目y1 mmy2 mm|y2- y1|14.4105.3200.9100.227524.4105.3300.9200.230034.4205.3300.9100.227544.4205.3200.9000.225054.4105.3200.910

18、0.2275由上述可以得到明暗條紋的間距在標有刻度的光具座上讀出 D次數12345D（cm）7.807.817.807.797.80由上述可以得到虛光源到測微目鏡的距離D（2）測量d 將制作好的新狹縫放在讀數顯微鏡上如圖13所示，然后調節(jié)讀數顯微鏡的叉絲，讓叉絲對準左面的刀痕讀出此時的讀數，再讓叉絲對準右面大刀痕讀出此時的讀數，重復5次。次數項目d1 mmd2 mm|d2- d1|120.00522.0252.020220.00622.0252.019320.00522.0252.020420.00522.0262.021520.00522.0252.020（3）波長與誤差最后得到所測鈉光燈的

19、波長為：2.2.4結論分析上述實驗測量出所測鈉光燈的波長，用自制的新狹縫（雙縫）代替雙棱鏡，用讀數顯微鏡讀出兩狹縫之間的距離，且讀數顯微鏡精確讀到千分位，讀出的數很精確，消除了虛光源引起的實驗誤差，實驗精確度更大，具有一定的實驗價值。結論終上所述，基礎實驗是利用菲涅耳雙棱鏡測量所測光波波長雖然可以測量出光波波長，但是所測得的值與真實值不接近，誤差很大。學生做此實驗的時候往往花費的時間很多，但是卻得不到與真實值相吻合的值。所以做此實驗我抓住了兩個實驗誤差的來源分別做改進，第一改進干涉條紋條數和清晰度所帶來的誤差，把可調狹縫用自制的新狹縫代替，其它依然不變，然后完成此實驗，實驗所得到的光波波長很吻

20、合真實值 ；第二改進虛光源所帶來的誤差，把自制的新狹縫（雙縫）代替菲涅耳雙棱鏡，其它條件依然不變，用讀數顯微鏡精確讀出新狹縫的距離，然后完成此實驗，實驗所得到的光波波長很吻合真實值。在知道光波的波長，反之可以求出其它需要值，也可以檢驗實驗中儀器的精確度。該進實驗二對比于基礎實驗和該進實驗一操作更加的簡便，不用二次成像的辦法求虛光源的距離，且實驗可以同時教同學們在讀數顯微鏡之下測微小寬度，是首選的實驗，推廣此實驗設計可以投入實驗室使用，測量各種光波波長，以達到檢查光波波長對人體的利弊應用于實驗的生活之中。在實驗之中我還觀察到用雙縫代替可調狹縫，干涉條紋的條數增加，而且清晰；用雙縫代替雙棱鏡，虛光源就可以消除，直接就可以用讀數顯微鏡讀出兩縫的距離。實驗都能夠測量所測光波波長。但是實驗只能消除虛光源和干涉條紋中的一種引起的誤差，推廣有沒有直接消除兩種待驗證。結束語在此實驗當中我用了新的方法來改進了實驗，完成了實驗，也證實了實驗的可行性，改進的這兩實驗可以作為學生的創(chuàng)新實驗來教學，讓同學們自己動手，開闊自己的思維，在基礎實驗的基礎之上，設計實驗，達到創(chuàng)新實驗。參考文獻1 啟鈞光學教程M高等教育，2008年6月：18232 師學院物電系普通物理實驗（三）師學院物電系編2013年3月：39423 述武普通物理實