什么?竟然能用尺子量出激光波长 | 正经玩

什么?

竟然能用尺子量出激光波长

是物理所的特制尺子吗?

不是,就是普通的钢尺哦

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实验器材

所标杯、钢尺、激光笔

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实验过程

安全提示

实验中用到激光,使用时请注意安全

小朋友请在大人陪同下进行实验

将钢尺摆在桌子边缘,读出钢尺刻线之间的距离d,并测量出钢尺到光屏的距离D。

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这是一张光路图

用激光笔照射钢尺边缘,调整入射光,使其与钢尺夹角较小,并能同时看到直射光线、反射光线和多级干涉条纹的光斑。这里需要提醒大家,光斑越小越容易测量哦。

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干涉条纹

测量直射光线光斑与反射光线的光斑之间的距离d1,及反射光线的光斑与一级干涉条纹的光斑之间的距离d2。

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测量中

使用公式500计算出光波波长。

原理解说

有一天老师让大家测量一张纸的厚度,而聪明的小明数了一百张纸,测出了总共的厚度,再将其除以一百就完成了老师的任务。当我们有一把钢尺的时候,能不能也像聪明的小明一样测出光波波长呢?当然是不行的,如此测量需要迈克尔孙干涉仪的帮助,我们今天使用的原理是光栅掠入射法

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透射光栅(不是今天的主角) 

光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件,而钢尺上的刻度正好构成了一个光栅。当我们用激光照射钢尺的边缘时,一部分光直接照射至光屏上,另一部分照射至钢尺表面发生干涉

 

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光栅掠入射示意图

如图所示,设 A 和 B 为相邻两刻度,相距 d 。设入射光与钢尺夹角为 α ,出射光与钢尺夹角为 β 。由光学原理可知,当在相邻两刻度上的光程相差 k 倍波长 λ 时,有光强极大值,此极大值称为 k 级条纹。有光栅方程:dcosα-dcosβ=kλ。

当k=0时,α=β入射角等于反射角,为几何反射光

当k>0时,为我们在光屏上看到的+k级条纹

当k<0时,由于实验中α足够小,故条纹不可见

本次实验中我们使用的是k=0k=1时的条纹,设其出射角分别为θ0和θ1。可知入射光和反射光之间夹角为2θ0,反射光和一级条纹之间的夹角为θ1-θ0。

故由几何关系有:

d1/2D=tanθ0

d2/D+d1/2D=tanθ1

带入光栅方程,得到

d(cosθ0-cosθ1)=λ

由以上三式解得

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带入测量数据就可以得到激光波长了!大家测量的结果有落在可见光区间吗?

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