實驗23測量激光波長

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1、實驗23測量激光的波長1.用鋼尺測量激光的波長實驗原理用一把普通的鋼尺，可以方便地測量出一本練習(xí)簿的長度和寬度。鋼尺上兩相鄰刻線的間距是0.5mm或1mm，現(xiàn)在要用這把鋼尺去測量只有萬分之幾毫米的光的波長，這看來似乎是不可能的。但若巧妙地利用光的波動性質(zhì)，就能用一把普通的鋼尺測出這么短的波長。它的測量原理如圖1所示。讓一束激光以掠入射的方式照到鋼尺的端部，其中一部分激光越過鋼尺端部直接照到觀察屏上的-S0點，其余激光從鋼尺表面反射到屏上．在屏上除了與-S0對稱的S0點有反射亮斑外，還可看到一系列亮斑S1、S2、S3、S4……

2、這是因為，尺上是有刻痕的(刻痕的間距是d＝0.5mm)，光在兩刻痕間的許多光滑面上反射，這些反射光如果相位相同（即波峰與波峰相遇，波谷與波谷相遇），則它們會相互疊加而加強(qiáng)，形成亮斑，否則會相互抵消而減弱。即是說，在這種情況下，鋼尺成了一個反射光柵。由圖2可知，從光源某一點A發(fā)出而在相鄰光滑面B、B′′反射的光，到達(dá)屏上C點時所經(jīng)過的光程差為?＝AB′C－ABC=DB′－BD′=d(cosα－cosβ)(1)?若恰好等于零或等于波長λ的整數(shù)倍則這些反射光的相位就相同，屏上C點就會出現(xiàn)亮斑。顯然，在β＝α處，Δ＝0，這就是在S0

3、處的亮斑。而S1、S2、S3、S4……處必有：Δ=λ，Δ＝2λ，Δ＝3λ，Δ＝4λ，……，因此，由(1)式可知：d(cosα-cosβ1)＝λ（2）d(cosα-cosβ2)＝2λ（3）d(cosα-cosβ3)＝3λ（4）d(cosα-cosβ4)＝4λ（5）其中d=0.5mm是已知的，因此，只要測出α和β1、β2、β3、β4、……就可從以上各式算出波長的值。實驗中，使尺與屏垂直，則tanβ=h／L（6）其中，L是尺端到屏的距離，h是各亮斑到O點的距離，而O點位于S0點和-S0點的中心，量出各亮斑間的距離即可求得各β值，而

4、對應(yīng)于亮斑S0的β就是α。實驗儀器激光筆一支，普通鋼尺一把，卷尺一把，紙尺一條。實驗內(nèi)容圖3用鋼尺測激光波長實驗圖1．在離白墻面約2米處的一張桌子的兩端(距離約0.6米)，分別放上激光筆和一把鋼尺，鋼尺的前端（0～5mm部分，分度為0.5mm)置于桌外，使鋼尺與墻面大致垂直，如圖3所示。2．將激光筆固定在平板上，平板后端微微抬起，使激光束對鋼尺的夾角約20，且光束的大部分恰好照到鋼尺的前端，而小部分直接照到墻上。3．觀察激光以各種入射角在鋼尺各部分反射的情況，什么情況下反射光斑近似是一個點？什么情況下反射光斑近似是一條線段？

5、什么情況下反射光斑分裂為許多獨(dú)立的光點？討論其原因。并完成表格1。4．在墻上出現(xiàn)亮點區(qū)域貼一張白紙尺（作為觀察屏），并在紙尺上用筆記下-S0、S0、S1、S2、S3、S4等亮斑的位置。(注意：必須正確判別S0的位置，切勿搞錯；可讓激光照在鋼尺無刻痕的部位，以判別S0。)5．用卷尺量出從鋼尺前端至白板的距離L。6．取下紙尺，取-S0與S0的中點為O點，量出S0、S1、S2、S3、S4……各點與O點的距離（即各h值），由(6)式算出α和β(S0對應(yīng)的β即為α)，再由(2)至(5)等各式算出λ值。可求平均以得到待測激光的波長λ。數(shù)

6、據(jù)表格表一現(xiàn)象反射光斑近似為點反射光斑近似為線段反射光斑為分裂的點出現(xiàn)條件分析原因表二：鋼尺前端至墻的距離L=cm,鋼尺上最小刻度間距d=mm各長度測量值（mm）角度α或β度數(shù)（度）波長λ（nm）（nm）OS0=α=OS1=β1=OS2=β2=OS3=β3=OS4=β4=2.用光柵測量激光波長實驗內(nèi)容把光柵直立放在桌上光柵與墻面相距約1米，用激光束大致垂直地照射在光柵上，透射光在墻上形成一系列亮點。根據(jù)這些亮點的分布求出衍射角φ，查閱“衍射光柵“實驗中求得的光柵常數(shù)d=3350nm，由光柵方程dsinφk=kλk=0,±1,

7、±2，…求出激光波長，并與用鋼尺測得的結(jié)果比較。數(shù)據(jù)表格自擬。閱讀材料：石墨烯的發(fā)現(xiàn)[1]石墨是一類層狀的材料，即由一層又一層的二維平面碳原子網(wǎng)絡(luò)有序堆疊而成。由于碳層之間的作用力比較弱，因此石墨層之間很容易互相剝離開來，這也是鉛筆可以在紙面上留下痕跡的原因。如果將石墨逐層剝離，直到只形成一個單層，即厚度只有一個碳原子的單層石墨，這就是石墨烯。石墨烯的厚度只有0.335nm，比紙還要薄100萬倍，但它的強(qiáng)度卻比鉆石還要堅韌。同時作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度要超過任何一種已知的導(dǎo)體。它還具有很大的比表面積，突出的導(dǎo)熱性能

8、，優(yōu)異的量子隧道效應(yīng)，零質(zhì)量的狄拉克.費(fèi)米子行為及特殊的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，石墨烯最明顯的應(yīng)用之一是成為硅的替代品，大幅度的提高工作速度，生產(chǎn)未來的超級計算機(jī)。用石墨烯作成的超級電容器具有較一般材料大得多的能量存儲密度。同時，石墨烯以其獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能也為復(fù)合材料的開發(fā)提供了原動