用钢板尺测量激光的波长(1)

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

茂名学院 物理系 大学物理实验室

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班 级： 姓 名： 学号：

物理一班

张彬

200901020124

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：

1. 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。 2. 学会利用普通的钢尺测量激光的波长的方法。 3. 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－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S0、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：

''ABCABCBD'DB'dcoscos （1）

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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S0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cos1 ) =

(2)

d(cos一cos2 ) =2 (3) d(cos一cos3 )=3 (4) d(cos一cos4 ) =4 (5)

其中d=0.5 mm是已知的，因此，只要测出和1、2、3、4„„就可从以上各式算出波长的值．实验中，使尺与屏垂直，则：

tanhL (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S0点和一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。 联立 (2) (3) (4) (5) (6)式得

dnLh0L22Lhn2 n1,2,3,n... ,2L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l1、l2、l3、l4、l5、l6，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、l1、l2、l3、l4、l5、l6记录数据。

5．实验完毕，收拾仪器整理桌面。

实验数据：

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项目 单位 L 500.3 l1 l2 l3 121,3 l4 132,4 l5 133.4 l6 133.9 mm 数据处理：

h0100.2 111.1 钢尺的误差inst0.1mm l1 h1l2h0 h2l3h0 h3l4h0 h4l52 0hh5l6h0

dLL11h02L2h12L2  同理得：2、3、4、5

的平均值：

1nini1对3求不确定度：

L、h0、h3都是单次测量，因此不确定度为k倍的仪器误差

即：UL

Uh0Uh3kinst k1

222U3

ULUh0Uh3

Lhh032dh2dh2dh003UUUh3 Lh03/23/23/23h2L23h2L23h2L2003222U的相对不确定度：

rU100%=2.3％

实验结果:

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U=635.2nm±2.3％ 观察思考

1．本实验中所用的钢尺可以用木尺或塑料尺代替吗？为什么？ 答：不可以，木尺或塑料尺可被激光烧坏。

2．可以用本实验的方法测量手电筒光的波长吗？为什么？ 答：不行，因为其光波太短。

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