用钢板尺测量激光的波长(1).doc

PAGE 大学物理实验设计性实验 设 计 方 案 实验题目： 用钢板尺测量激光的波长 班 级： 姓 名： 学号： 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：200 年 月 日 《用钢板尺测量激光的波长》实验设计方案 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。 实验目的： 了解光栅的分光作用及原理，加深对光的干涉、衍射概念的理解。 学会利用普通的钢尺测量激光的波长的方法。 加强学生动手能力和设计能力。 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、垫高物 实验原理： 本实验利用光的波动性质，用一把普通的钢尺就能够巧妙地把这么短的波长测出来．它的测量原理如图-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直接照到观察屏上的－点，其余激光从钢尺表面反射到屏上．在屏上除了与－对称的点有反射亮斑外，还可看到一系列亮斑、S1、S2、S3……Sn.。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） 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，这就是在处的亮斑．在S1、S2、S3、S4、……处，必有： △=，△=2，△=3，△=4……． 因此，由(1)式可知： d(cos一cos1 ) = (2) d(cos一cos2 ) =2 (3) d(cos一cos3 )=3 (4) d(cos一cos4 ) =4 (5) 其中d=0.5 mm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) 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，而对应于亮斑的就是。 联立 (2) (3) (4) (5) (6)式得 实验步骤： 1．按图1所示放置好仪器，并让激光照到钢尺的端。 2．使用一胶带纸量出钢尺的端到观察屏的距离L，作上记号。 3．分别用胶带纸量出最下的亮斑到相临6点亮斑的距离、、、、、，并作上记号。 4．关掉电源，用钢尺分别量出各胶带纸的长度L、、、、、、记录数据。 5．实验完毕，收拾仪器整理桌面。 实验数据： 项目 单位 钢尺的误差 数据处理：  同理得：、、、 的平均值： 对求不确定度： 、、都是单次测量，因此不确定度为倍的仪器误差 即： 的相对不确定度： 实验结果: