復賽測量金屬絲的直徑

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1、第二十一屆全國中學生奧林匹克物理競賽復賽---光學實驗試題題目:測量金屬絲的直徑【儀器與用具】未知波長的激光器、凸透鏡、待測金屬絲、物屏、像屏、CD光盤、米尺、三角板、支架若干、金屬夾等。【實驗內容】1．測量激光器的波長；2．測量待測金屬絲的直徑?！疽蟆?．自己設計實驗方法，根據(jù)需要從以上儀器與用具中選擇合適的器材，采取適當方法和措施，盡量準確地測量。2．畫出測量光路圖，準確地反映出各器件間的位置、角度等關系，在圖中注明各量。3．簡述為提高測量準確性所采取的方法和措施。4．完整記錄測量數(shù)據(jù),寫出計算公式，計算結果。【說明】1．待測金

2、屬絲已裝在物屏的中心孔處。2．CD光盤表面是一些在光滑平面上連續(xù)不斷的“坑點”同心圓軌跡，其密度為每毫米625條。【注】以卷面為評分依據(jù)【參考答案】一.半導體激光器波長的的測量1.測量光路圖：用反射光柵衍射的方法測量激光的波長。2．計算公式：φ為入射角，θ為衍射角。當入射光垂直光盤表面時，φ=0，測量1級譜線衍射角，所以由光柵衍射方程其中(θ的標準值:23.96度)3.實驗步驟（1）將激光器、觀察屏和光盤等按圖中位置擺放，開始觀察屏和光盤距離盡可能地近。（2）將激光器出射口對準觀察屏的中心孔。打開激光器電源（3）將光盤慢慢地遠離觀察屏

3、，保持光盤與觀察屏平行，觀察衍射光斑，使兩衍射光點與中心的反射光點距離相等，且在同一水平線上。（4）用米尺測量兩衍射光斑之間的距離h和觀察屏到光盤之間的距離l。(5)計算激光器波長。4.測量中采取的措施和注意事項：（1）入射光應采取垂直照射?？梢杂霉饩€是否沿原路返回來判斷是否垂直照射.（2）為避免入射光不垂直照射而造成正、負級譜線關于零級譜不對稱，只測量一側譜線造成衍射角測量誤差，應測量正、負1級譜線間總夾角，除以2后得到垂直入射時的衍射角。（3）應盡量使屏與光盤平行,并與入射光垂直?？捎脺y量不同位置光盤與屏間的距離是否相等來判斷.（

4、4）為準確測量衍射光斑位置，可在光源后加凸透鏡，將光斑匯聚成較小的光點。(5)多次測量5．實驗數(shù)據(jù)：測量次數(shù)l(mm)h(mm)θλ(×10-6mm)123…平均二、測量金屬絲直徑1．測量光路圖：采用衍射原理測量細絲直徑。2.實驗步驟：（1）將光盤換成觀察屏，調整激光器使光束中心通過待測金屬絲。后移觀察屏，使在屏上得到清晰的衍射條紋。（2）用米尺測量中心亮斑兩測正負3級的衍射光點之間的距離。（3）計算金屬絲直徑。3．測量中采取的措施和注意事項：（1）像屏要與激光束垂直。（2）為使衍射光斑清晰，可在光源與細絲間加匯聚透鏡。不可加在細絲之

5、后，因透鏡焦距未知。(3)測量的衍射條紋級數(shù)k在衍射條紋能看清楚的情況下，盡量大一些。(4)多次測量。4．計算公式：已知夫瑯禾費單縫衍射明紋暗紋條件根據(jù)巴比涅（A.Babinet）原理，單絲的衍射圖樣與其互補的單縫的衍射圖樣，在一定條件下是相同的。當屏E與細絲間的距離l和細絲的線度（直徑）a相比滿足a<