用鋼尺半測量激光波長

評大學(xué)物理實(shí)設(shè)計性實(shí)實(shí)驗(yàn)報告

：實(shí)題

：

用板測激的長班

級

：

電姓

名

：

詹燕

學(xué)號：07指教

：

王明茂學(xué)物系學(xué)理驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日：2009年123日《用鋼板測量激光的長》實(shí)驗(yàn)提/

課題的出和依據(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446nm的光是紫色的，波長為770nm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，而與其強(qiáng)度、方向等因素?zé)o關(guān)．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量呢?本實(shí)驗(yàn)用最小分度為0.5普通鋼尺“量”出只有0.0006mm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通的鋼尺測量出激光的波長。實(shí)驗(yàn)課及任務(wù)《用鋼尺測量激光波長》

實(shí)驗(yàn)課題任務(wù)是，利用光的波動性，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，測量出激光的波長。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)知識，設(shè)計出《用鋼板測量激的波》的整體方案，內(nèi)容包括：(出實(shí)驗(yàn)原理和理論計算公式；選擇測量儀器；研究測量方法；寫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟。)然后根自己設(shè)計的方案，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)報告，也可按書寫科學(xué)論文的格式書寫實(shí)驗(yàn)報告。實(shí)驗(yàn)臺號：07

實(shí)驗(yàn)日期：/

用鋼尺測量激光波長的數(shù)據(jù)記錄表格

:鋼板尺尺端到屏的距離：L=2323.0mm

刻痕間距：項(xiàng)目

0

s

0

s

s

3

s

s

5

s

6

s

7

s

8長度(mm)

30.0222.2277.6317.0350.0379.0405.4429.3451.8472.5鋼尺的誤差inst剛卷尺的誤差教師簽名：/

用鋼板尺量激光的波一實(shí)目1、加深對光的干涉、衍射原理的認(rèn)識與理解。2、了解掌握光柵的分光作用及原理。3、學(xué)會運(yùn)用光柵的衍射原理及利用普通鋼尺測量光的波長。4、加強(qiáng)鍛煉實(shí)驗(yàn)者的實(shí)際設(shè)計能力與動手能力。二實(shí)儀小型半導(dǎo)體激光器一支，普通鋼尺一把，卷尺一把，膠帶紙若干，紙若干、墊高物。三實(shí)原如-1所示：讓一束激光照到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－點(diǎn)其余激光從鋼尺表面反射到屏上．屏上除了與－對稱的點(diǎn)有反射亮斑外還可看0到一系列亮斑SSSS。123n.這是因?yàn)?，尺上是有刻痕?痕的間距是d=0.5mm)，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(波峰與波峰相遇，波谷與波谷相)則它們會相互疊加而加強(qiáng)，形成亮斑，否則會相互抵消而減弱．由圖-2知，從光源某一點(diǎn)A出而在相鄰光滑面BB反射的光，到達(dá)屏上C時所經(jīng)過的路程差(稱為光程差)為：ABC''BD''若△恰好等于零或等于波長的相同，屏上C就會出現(xiàn)亮斑．顯然，在

處，，這就是在處的亮斑．在S、、S、……處，必1234有：/

==2=4…．因此，由式可知：d(cos

一cos)=2）1d(cos

一2

一cos)=33

4d(cos一cos)=45）4其中d=0.5已知的，因此，只要測出

、

、、……就可從以上各式算出波長值．實(shí)驗(yàn)中，使尺與屏垂直，則：

L

6其中L尺端到屏的距離，各亮斑到O點(diǎn)的距離，而O點(diǎn)位于S點(diǎn)和一

點(diǎn)的中心．量出各亮斑間的距離即可求得各聯(lián)式可推出：cos)n

，對應(yīng)于亮斑于又由圖可

h0

L22同理，可得

cos

n

h

n

L2則

dn

Lh2

Lh2

n

=(1,2,3,,n)

7其中為s到點(diǎn)的距離，為點(diǎn)到s的距離，各亮斑所對應(yīng)的角度001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)角度讓激光照到鋼板尺的尺端，此時，屏上膠帶紙出現(xiàn)亮斑，在亮斑位置處作上記號，分別為

s、、、、ss、00145、s、。73、用一卷尺測量鋼板尺尺端到屏的距離L4關(guān)閉電源，用鋼板尺分別測量出各標(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。3做記號時，應(yīng)目測到亮斑的中心點(diǎn)做記號。/

222i222i五實(shí)數(shù)鋼板尺尺端到屏的距離：L=2323.0mm

刻痕間距：d=0.5mm項(xiàng)目

0

s

0

s

s

3

s

s

5

s

6

s

7

s

8長度(mm)

30.0222.2277.6317.0350.0379.0405.4429.3451.8472.5鋼尺的誤差inst鋼卷尺的誤差六數(shù)處0

)00

=

30.02

96.1mm)277.630.0151.5mm1)350.0mm220同理可得：mmhhmm35303.2mmh325.7hmm6代入公式（可得：1

96.1

2

634.9nm2

2323190.9

同理可求得：

3

628.0630.0nm5nm631.2630.4nm678

的平均值：1n634.9627.4627.1628.0630.0630.0631.2nmn8i對

求不確定度：對于

5

來說，L都是單次測量量，因此不確定度為0

倍的儀器誤差

則：/

2L2hh4=2L2hh4=hLhL/2//rU0.5mmL

inst0.1

0

22Lh0

96.12322323.02

0.5322323

0.1

3252.9.02

=

0.1(

的相對不確定度：100%七實(shí)結(jié)表：八實(shí)心：這是自己第一次接觸到此類設(shè)計性的實(shí)驗(yàn)，一改往常對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)知識依照實(shí)驗(yàn)要求自行設(shè)計并進(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)，使我對光的干涉、衍射等關(guān)于光