用钢尺半测量激光波长

用钢尺半测量激光波长 评分: 大学物理实验性实验 实验题目: 用钢板尺测量激光的波长 班 级: 电信08-1 姓 名: 詹晓燕 学号: 07 指导教师: 王德明 茂名学院 物理系 大学物理实验室 实验日期:2009年12月3日 《用钢板尺测量激光的波长》实验提要 课题的提出和依据 光是一种电磁波，光在真空中的波长不同，性质也不同(如波长小于390nm的光波叫紫外光，它有杀菌作用;波长大于770nm的光波叫红外光，它能传递热量(波长在390nm至770nm之间的光波是人眼可见的，叫可见光，不同波长有不同的颜色:如波长为390,446nm的光是紫色的，波长为620,770nm的光是红色的，橙、黄、绿、蓝各色依次排列其间，都由其波长决定，而与其强度、方向等因素无关(由此可见，光的波长是决定光波性质的最重要的参数之一(那么，怎样才能测出光的波长呢?可见光在真空中(或空气中)的波长只有万分之几毫米，这么短的长度又怎么用毫米刻度尺去测量呢? 本实验用最小分度为0.5 mm的普通钢尺“量”出只有0.000 6 mm左右的波长，而且看到了反射角不等于入射角的“奇怪”现象(它说明，反射定律只是在一定条件下才成立的，如果反射面上刻有许多很细而且等间距的刻痕，就可使不同波长的光反射到不同的方向去，这就是现代高科技中常用的光学元件——“光栅”的雏形(光栅是一种比棱镜更好的分光器件。如果利用光栅的衍射原理就不难用普通的钢尺测量出激光的波长。 实验课题及任务 《用钢板尺测量激光的波长》实验课题任务是，利用光的波动性，用一把钢板尺，通过用激光照射钢板尺的带有刻度的一面而反射到光屏上的衍射花样，根据激光的相干性和反射光的干涉原理，经过，找出规律，测量出激光的波长。 学生根据自己所学知识，设计出《用钢板尺测量激光的波长》的整体，内容包括:(写出实验原理和理论计算公式;选择测量仪器;研究测量方法;写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。 实验台号: 07 实验日期:09.12.3 用钢尺测量激光波长的数据记录表格: 钢板尺尺端到屏的距离:L=2323.0mm 刻痕间距:d=0.5mm ,ssssssssss项目 0035678124 长度 30.0 222.2 277.6 317.0 350.0 379.0 405.4 429.3 451.8 472.5 (mm) ,,instmm0.1钢尺的误差 ,inst,0.5mm刚卷尺的误差 教师签名: 用钢板尺测量激光的波长 一、实验目的 1 、加深对光的干涉、衍射原理的认识与理解。 2 、了解掌握光栅的分光作用及原理。 3 、学会运用光栅的衍射原理及利用普通钢尺测量光的波长。 4 、加强锻炼实验者的实际设计能力与动手能力。 二、实验仪器 小型半导体激光器一支，普通钢尺一把，卷尺一把，胶带纸若干，纸若干、垫高物。 三、实验原理 如图-1所示:让一束激光照到钢 尺的端部，其中一部分激光从钢尺上方 S直接照到观察屏上的,点，其余激光0 从钢尺表面反射到屏上(在屏上除了与 SS,对称的点有反射亮斑外，还可看00 S到一系列亮斑、S、S、S„„S。123n.0 这是因为，尺上是有刻痕的(刻痕的间 距是d=0.5 mm)，光在两刻痕间的许多 光滑面上反射，这些反射光如果相位相 同(即波峰与波峰相遇，波谷与波谷相 遇)，则它们会相互叠加而加强，形成亮斑，否则会相互抵消而减弱(由图-2可知，从光源某一点A发出而在相邻光滑面B、B’反射的光，到达屏上C点时所 经过的路程差(称为光程差)为: '''' (1) ,,,,,,,ABCABCBDDBdcoscos,,，， ,若?恰好等于零或等于波长的 整数倍，则这些反射光的相位就相 同，屏上C点就会出现亮斑(显然， 在处，?=0，这就是在处的S,,,0 亮斑(在S、S、S、S、„„处，必1234 有: ,,,,?=，?=2，?=3，?=4„„( 因此，由(1)式可知: ,) = d(cos一cos (2) ,,1 ,d(cos一cos) =2 (3) ,,2 ,d(cos一cos) =3 (4) ,,3 ,d(cos一cos) =4 (5) ,,4 其中d=0.5 mm是已知的，因此，只要测出和、、,、„„就可从以,,,,3124 ,上各式算出波长的值(实验中，使尺与屏垂直，则: tan,,hL (6) SS其中，L是尺端到屏的距离，h是各亮斑到O点的距离，而O点位于点和一00 S,,,点的中心(量出各亮斑间的距离即可求得各值，对应于亮斑的等于。0 联立(2)、(3)、(4)、(5)式可推出: n,,d(cos,,cos,) n Lcos,,又由图1可知 22h，L0 L同理，可得 cos ,,n22h，Ln ,,dLL,,则 ,,,=(1,2,3,…,) (7) nn,,2222nhLhL，，n0,, 其中为到O点的距离，为O点到的距离，为各亮斑所对应的角度。hss,h,n00nn 四、实验内容及步骤 1 、按图1所示放置好激光器、钢板尺等实验仪器。 2 、调整激光器到适当角度，让激光照到钢板尺的尺端，此时，屏上胶带纸出 现亮斑，在亮斑位置处作上记号，分别为、、、、、、、,sssssss0035124 s、、。 ss786 3 、用一卷尺测量钢板尺尺端到屏的距离L。 4 、关闭电源，用钢板尺分别测量出各标记好的胶带纸的长度，记录数据。 5 、实验完毕，收拾仪器、整理桌面。 注意事项: 1 、钢板尺的摆放位置及激光器与钢板尺的角度的摆放。 2 、需调节仪器到屏上出现最清晰亮斑方可做记号。 3 、做记号时，应目测到亮斑的中心点做记号。 五、实验数据 钢板尺尺端到屏的距离:L=2323.0mm 刻痕间距:d=0.5mm ,ssssssssss项目 0035678124长度277.6 30.0 222.2 317.0 350.0 379.0 405.4 429.3 451.8 472.5 (mm) ,,instmm0.1,inst,0.5mm钢尺的误差 钢卷尺的误差 六、数据处理 s,(,s)222.2,30.000h,= ,96.1mm022 h,s,(,s),h,277.6,30.0,96.1,151.5mm1100 h,s,(,s),h,317.0,350.0,96.1,190.9mm2200 同理可得: h,223.9mmh,279.3mmh,252.9mm354 h,303.2mmh,325.7mmh,346.4mm678 代入公式(7)可得: ,,0.523232323,, ,,,,634.9nm1,,2222196.1，2323151.5，2323,, ,,0.523232323,, ,,,,627.4nm2,,2296.1，2323190.9，2323,, 同理可求得: ,,627.1nm ,,630.0nm ,,628.0nm354 ,,630.0nm ,,631.2nm ,,630.4nm 678 ,的平均值: n11 ，，,,,,634.9，627.4，627.1，628.0，630.0，630.0，631.2，630.4,629.9nm,in8,1i 对,求不确定度: 4 L,,1h,对于来说，、、h都是单次测量量，因此不确定度为倍的仪器误差，,504 则: U,U,,,inst,1，0.1,0.1mmU,,,inst,1，0.5,0.5mmh,L04 222,,,,,,,,,,,,,,,, ,,，，UUUUU,,,,Lhh40,4,,,,,,Lhh,,,,,,04 2222，，，，，，,2,2dhdhdh004=,,,,,,，，UUULhh3/23/23/204222222,,,,,,，，，，，，3，3，3，hLhLhL，，，，，，004 2222，，，，，，0.5，96.1,2，0.5，96.1,2，0.5，252.9,，0.5，，0.1，，0.1,,,,,,3/23/23/2222222，，，，，，3，96.1，2323.03，96.1，2323.03，252.9，2323.0,,,,,,，，，，，， = 0.1(nm) ,的相对不确定度: U0.1,,，100%,，100%,0.02%U r629.9, 七、实验结果表达: U,0.02%,,(629.9,0.1)nm, 八、实验心得: