用钢尺测量激光的波长

用钢尺测量激光的波长 评分: 实验题目: 用钢板尺测激光波长 专业班级: 电子04-1班 姓 名: 李海斌 同组姓名: 姚欣城、黄闻彪、梁建华 指导教师: 王德明 2005年 11月 30 日 1 用钢尺测量激光的波长 (电子04-1班，李海斌、姚欣城、黄闻彪、梁建华) 我们知道，用一把普通的钢尺，可以方便地测量出一本练习簿的长度和宽度，而要测量它的厚度就有些困难了，因为钢尺上两相邻刻线的间距是0.5毫米，而一般练习簿的的厚度也不过1毫米左右，所以很难测准。现在要用这把钢尺去测量只有万分之几毫米的光的波长，这看来似乎是不可能的，但我们的这个实验巧妙地利用了光的波动性质，真的只用一把普通的钢尺把这么短的波长测出来了。 实验目的: (1)了解光的波动性质. (2)利用光的波动性质,学会用钢尺测量激光的波长. 实验器材: 半导体激光器一支，普通钢尺一把，米尺或卷尺一个，胶带纸一小段，适当厚度的书一本及纸若干。 实验原理: 它的测量原理如图3-52,束激光照到钢尺的端部，其中一部分激光从钢尺上方直接照到观察屏上的-S0点，其余激光从钢尺表面反射到屏上。在屏上除了与-S0对称的S0点有反射亮斑外，还可看到一系列亮斑S1、S2、S3、S4…这是因为，尺上是有刻痕的(刻痕的间距是d=0.5mm)，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 路程差为 2 1,ABC-AB'C,BD'-DB',d (cos-cos) ? ,,, 若恰好等于 零或等于波的 整数倍，这些反射 光的相位就相同，屏 上C点就会出现亮 在,,斑。显然， , 处，,,0，这就是在S0处的亮斑。在S1、S2、S3、S4…处，必有: , ,,～ , ,2 ,～图3-53面的反射光程差计算 ,3 ,4 …。因此，由(1)式可知: , ～, , , ,(1)d (cos, ,cos,),, ， ? , 3(2)d (cos, ,cos ,),2 , ， ? , 4(3)d (cos, ,cos,),3 , ， ? , 5(4)d (cos, ,cos,),4 , ， ? , 其中d,0.5mm是已知的，因此，只要测出,和,、,、,、,…就可从以上各式算出波长, ,,,,的值。实验中，使尺与屏垂直，则 6 tan , ,h /L ? 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S0点和-S0点的中心。量出各 亮斑间的距离即可求得各, 值，而对应于亮斑S0的, 就是, 。 1,3456 由上?,?～?,?,?,?得,的通式为: 11Ldi,j,,() = ,0 , , i、j,1.2.3？？n,2222(j,i)h，Lh，Lij 实验步骤: (1)把该钢尺水平放置在垫物台上并固定, 钢板尺刻度方向与桌面平行; (2)以墙面作为观测屏; (在钢尺的上方放置一支半导体激光器，让激光光线射到钢尺的端部，移动激光器，使光线与钢尺的 夹角,尽量小(这样可确保公式, ,ABC,AB'C,BD',DB',d (cos,,cos,)的成立)，与此同时， 3 移动钢尺和激光器的位置，使墙上出现较明显的多个光斑; (3)同米尺或卷尺测出处时钢尺端部与垂直墙面的水平距离L(以后的测量L将不再改变) (4)将白纸固定于墙上，使激光照射到纸上，用笔把每个光点描下来，数据处理时对白纸光点进行测量并根据要求计算; (5)再改变,大小重复测量数据。 以- S作为基点，分别测出S,S,S,S,S,S,S到- S的距 124356000 离，分别为x,x,x,x,x, x, x录于下表: 1243506 L=(3850.5 ) mm 次数 平均值 1 2 3 4 距离 xi x 0356.0 348.7 340.0 320.5 341.30 x1 441.5 435.9 429.0 413.0 429.85 x 2506.0 501.0 494.0 429.0 495.00 x 3560.2 555.2 549.0 534.9 549.82 x 4607.0 602.8 597.1 583.1 597.50 x 5650.5 626.5 640.2 627.2 641.40 x 6690.0 685.4 680.1 668.0 680.88 (7)求值过程: 利用公式: x0=-(mm) 和 xhii2 11Ldi,j,,()= ,0 , , i、j,1.2.3？？n,2222(j,i)h，Lh，Lij 最后求多次测量结果的平均数;计算并分析误差。 数据处理: x0=-(mm)计算得: 由公式xhii2 341.30,429.85,,259.20(mm) h12 341.30,495.00,,324.35(mm) h22 341.30,549.82,,379.17(mm) h32 4 341.30,597.50,,426.85(mm) h42 341.30,641.40,,470.75(mm) h52 341.30,680.88,,510.23(mm) h62 11Ldi,j,,由公式= ,0 , ,计算得: ()i、j,1.2.3？？n,2222(j,i)h，Lh，Lij ld11,,(,)122223h，lh，l14 3850.5，0.511,，(,) 22223259.2，3850.5426.85，3850.5 ,638..28nm ld11,,(,)222223h，lh，l25 3850.5，0.511,，(,) 22223324.35，3850.5470.75，3850.5 ,643.48nm ld11,(,),322223h，lh，l36 3850.5，0.511,(,) 22223379.17，3850.5510.23，3850.5 ,642.25nm ，，,,,638.28，643.48，642.25123 ,,,641.34nm,33 42(x,x),i001,,x04,1 2222(356.0,341.3)，(348.7,341.3)，(340.0,341.3)，(320.5,341.3), 4,1,15.33mm 42(x,x),i111,,x14,1 2222(441.5,429.85)，(435.9,429.85)，(429.0,429.85)，(413.0,429.85), 4,1,12.34mm 5 42(x,x),i221,,x24,1 2222(506,495)，(501,495)，(494,495)，(479,495), 4,1,10.86mm 42(x,x),i331,,x34,1 2222(560.2,549.82)，(555.2,549.82)，(549.0,549.82)，(534.9,549.82), 4,1,10.95mm 42(x,x),i441,,x44,1 222(607.0,597.5)，(602.8,597.5)，(597.1,597.5)，(583.1,597.5), 4,1,10.42mm 42(x,x),i551,,x54,1 2222(650.5,641.4)，(646.5,641.4)，(640.2,641.4)，(627.2,641.4), 4,1,10.20mm 42(x,x),i661,,x64,1 2222(690.0,680.88)，(685.4,680.88)，(680.1,680.88)，(668.0,680.88), 4,1,9.49mm 22,,,15.33,,x220,, s,,，,12.34，,14.53mm,,,,kx111,,22,,,, 22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.86，,13.29mm,,,,kx222,,22,,,, 22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.95，,13.37mm,,,,kx333,,22,,,, 22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.42，,12.94mm,,,,kx444,,22,,,, 6 22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.20，,12.76mm,,,,kx555,,22,,,, 22,,,15.33,,x220,, s,,，,9.49，,12.20mm,,,,kx666,,22,,,, ,1inst u,,,0.577mml1.7323 2222 u,s，u,14.53，0.577,14.54mmhl11 2222 u,s，u,13.29，0.577,13.30mmhl22 2222 u,s，u,13.37，0.577,13.38mmhl33 2222 u,s，u,12.94，0.577,12.95mmhl44 2222 u,s，u,12.76，0.577,12.77mmhl55 2222 u,s，u,12.20，0.577,12.21mmhl66 222uu,,,,,ud,,hhl141,,,,u,，，,,1,,,,3lhh,,14,,,, ,6638.28，10，0.5,8,4,，0.003，2.24，10，9.19，10 3 ,6.66nm 222uu,,,,,ud,,hhl522,,,,u,，，,,2,,,,3lhh,,25,,,, ,6643.48，10，0.5,8,4,，0.0017，2.24，10，7.36，10 3 ,5.29nm 222uu,,,,,du,,hhl363,,,,u,，，,,3,,,,3lhh,,36,,,, ,9642.25，10，0.5,8,4,0.0012，2.24，10，5.73，10 3 ,4.51nm 222u，u，u123u,3 2226.66，5.29，4.51, 3 ,5.56nm 5.56,,，100%,0.87%u，，,,641.34,5.56nm641.34实验结果: 7 ,,,641.34,632.8E,,，100%,1.35%,632.8 误差分析: 在实验中进行测量和数据处理时，，都有可能产生误差。误差产生的原因是多方面的。 这个实验产生误差主要有以下几个因素: 1) 仪器误差:由于测量仪器本身就存在微小的误差，是实验者无法避免的误差。 ( (2) 人为误差:实验者在实验操作过程中，由于操作方法不当而引起的误差。例如实验者对操作 方法不熟悉,导致在实验过程中引起了误差。同时实验者在读取数据的过程中，没有保留合 适的有效数字，这样也可以引起误差。在处理数据的时候，实验者没有保留适当的有效数字 也会导致误差的出现。 实验心得: (1) 该实验是在了解光的波动性质的情况下，用钢尺测量激光的波长。从总体上来说，实验并不是很复杂，但是我们却不敢掉以轻心。 (2) 在我们了解了实验所要用到的仪器后，我们四个组员分别从网上搜索和到图书馆查阅相关的资料。将资料组织起来，制定出实验的初步。我们还请指导老师对我们的方案进行评价和提出修改的方向，以使我们的方案更加的详细和完整。在老师的正确的指引下，我们又对方案作出了进一步的完善，剩下来的只是等待操作实验以进行验证了。 (3) 其实这个实验操作起来并不复杂，只要我们测量四组相关的数据就可以了。但是我们在实验过程中还是要特别的注意，激光器所发出的光与钢尺所形成的角度不能太大，只要出现“略射”的效果就可以了，这是老师一直强调我们应该注意的。我们在实验过程中也是相当的小心谨慎。还有在数据读取的时候，我们十分的认真，因为我们要尽量的减少读数上所带来的误差。同时，我们在实验操作的过程中也很细心，为的是避免不必要的误差的产生。在我们四个组员的通力合作下，实验操作很快就完成了。 (4) 在完成实验操作后，接下来的是对实验数据进行处理。因为我们在之前的物理实验中也有过很多的数据处理，所以这对我们来说并不是陌生的，但是我们丝毫不敢放松，数据处理上来还是相当的麻烦的。首先我们得注意数据在计算过程中的正确性，其次我们还要进行相当的单位的转换。真是每一个步骤都非常的细心、谨慎。还好我们实验的误差还算是很小的，也就是说我们的实验在一定的意义上来是说是成功的～ (5) 通过这次的设计性实验，体现了我们当代大学生的团队的合作精神和科学严谨的态度。真的希望以后可以多参加这样的设计性实验来丰富我们的头脑～ 。 8 9