毕业论文利用自制新狭缝与菲涅尔双棱镜测量光波波长

1、 . PAGE14 / NUMPAGES19 . 楚雄师学院本科生毕业论文题目：利用自制新狭缝和菲涅尔双棱镜测量光波波长系（院）：物电系专业：物理学（师类）学号：学生：指导教师：职称：实验师 论文字数：完成日期： 2013年 5 月教务处印制师学院物电系毕业论文原创性声明本人重声明：呈交的毕业论文“利用自制新狭缝和菲涅尔双棱镜测量光波波长”，是本人在指导教师向文丽的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经引用的容外，本论文不含任何其他个人或集体已发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究所做出帮助的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了意。本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文作者签名：

2、 日期：2013年 月 日目 录摘要 = 1 * ROMAN I关键词 = 1 * ROMAN IAbstract= 3 * ROMANIIKeywords= 3 * ROMANII引言11.菲涅尔双棱镜测量光波波长11.1仪器11.2原理与装置11.3数据记录21.3.1测量与D21.3.2测量d（二次成像）31.3.3波长与误差41.4结论分析42.自制新狭缝测量光波波长52.1自制新狭缝与菲涅尔双棱镜测量光波波长52.1.1仪器52.1.2原理与装置52.1.3数据记录6（1）测量与D6（2）测量d（二次成像）7（3）波长与误差82.1.4结论分析92.2可调狭缝与自制新狭缝量光波波长9

3、2.2.1仪器92.2.2原理与装置92.2.3数据记录10（1）测量与D10（2）测量d11（3）波长与误差122.2.4结论分析123.结论12结束语13参考文献13致14利用自制新狭缝和菲涅尔双棱镜测量光波波长摘要：光广泛的应用于实际的生活之中，在许多实时的测量中得到应用。不同光照射，其波长是不一样的，所以光的波长的检测极其重要。本文利用自制新狭缝和菲尼尔双棱镜测量光波波长，实验简便而精确，具有一定的测量价值和应用价值。关键词：光波波长；干涉；新狭缝；菲涅尔双棱镜。Measuring the wavelength by using a new self -made slit and Fr

4、esnel double biprism Abstract:Light is widely used in the actual life.It has been applied in many real-time measuring,. different light, The wavelength is different with different light radiation.The detection of light wavelength is extremely important.It is simple and accurate by using a new slit a

5、nd fresnel double biprism to measure light wavelength in the paper.It has certain measurement and application value. Keywords:wavelength; Interference; New slits; Fresnel double biprism.利用自制新狭缝和菲涅尔双棱镜测量光波波长引言光的衍射和干涉的应用是光学的一项重要研究容，光的干涉与衍射是一种重要的测量手段，本实验采取替代分析的方法，运用菲涅尔双棱镜和自制新狭缝产生分波面干涉来实验。两种实验一方面可以对比得到所

6、测光波波长，一方面还可以检测自制新狭缝的精确度，最终可以更精确测量所测的光波波长。1菲涅尔双棱镜测量光波波长1.1仪器光具座 钠光灯 可调狭缝 双棱镜 测微目镜 凸透镜1.2原理与装置两列光波的频率一样、振动方向一样、相差恒定（或一样),则相遇时会在相遇的区域产生干涉现象。如图1所示，钠光灯照射可调狭缝S，S即为一线状光源，当发出的光照射到双棱镜AB上时，形成了两束相干光，这两干涉光相当于是两虚光源S1 S2，由于这两束相干光来自同一光源，满足相干条件，相遇区域P1 P2产生明暗相间的干涉条纹，且相邻明暗两条纹之间的间距一样。S1S2SAB A PPP1 PPP2 PPO Dd图1用测微目镜读

7、出干涉条纹的间距，在光具座上读出虚光源到测微目镜的距离D，用二次成像的办法计算出两虚光源的距离d，最后计算出所测光波波长为： 如图2所示，即为实验实物图，先应调节各元件达到共轴等高，打开钠光灯使其先预热4-5分钟之后开始调节各仪器，在测微目镜里能够看到清晰的条纹，在稍微放宽可调狭缝，使条纹最清晰，然后固定可调狭缝和双棱镜的位置。 图3所示是实验时，在测微目镜里观察到的图像，能够看见明暗相间的干涉条纹。图3图21.3数据记录1.3.1测量与D次数项目y1 mmy2 mm|y2- y1|13.7004.8401.1400.114023.7104.8501.1140.114033.7104.8401

8、.1300.113043.7204.8501.1300.113053.7204.8601.1300.1130由上述可以得到明暗条纹的间距在标有刻度的光具座上读出 D次数12345D（cm）41.7441.7541.7641.7541.75由上述可以得到虚光源到测微目镜的距离D1.3.2测量d（二次成像法）LS1S2dd1ab图5LS1S2dd1ba图4图4、图5即为二次成像法的实验原理图，在可调狭缝和双棱镜保持位置不变，在测微目镜的前面安装凸透镜，且各元件达到共轴等高，移动凸透镜和测微目镜找到最大像和最小像。由图4可以得到放大像，而放大像之间的距离为d1 ：由d/d1=a/b得到 （1） ，由

9、图5可以得到缩小像，而缩小像的距离为d2：由d/d2=b/a得到 （2）。由（1）、（2）两式可以求出。放大像 mm缩小像 mmy1 mmy2 mmd1=|y2- y1| mmmm13.6104.9501.3402.3105.6803.37023.9305.3101.3802.2805.7503.47033.7205.1301.4102.3405.7603.42043.8305.1901.3602.3005.7503.45053.6605.0101.3502.3305.7203.390所以 由上述可以得到两虚光源的距离 1.3.3波长与误差最后得到所测钠光灯的波长为： 1.4结论分析上述实验可

10、以测量出所测钠光灯的波长，而钠光灯的波长真实值为为589.3nm，所以测量值和真实值存在着相当大的误差。误差的来源主要来自明暗条纹的间距的测量和虚光源的距离的测量，针对第一条误差，改进实验一：用自制新狭缝（双缝）代替可调狭缝：针对第二条误差，改进实验二：用自制新狭缝（双缝）代替双棱镜。自制新狭缝测量光波波长2.1自制新狭缝与菲涅尔双棱镜测量光波波长2.1.1仪器光具座 钠光灯 可调狭缝 双棱镜 测微目镜 凸透镜 新狭缝2.1.2原理与装置两列光波的频率一样、振动方向一样、相差恒定（或一样),则相遇时会在相遇的区域产生干涉现象。 制备新狭缝，用一个黑色的盒子，在一边正中央的地方用小刀划出长宽各1

11、cm的正方形，然后用剪刀剪出两片一样大锌薄，并把两片锌薄用双面胶贴在同样大的载玻片上。在盒子的正方形的中央安装上0.5mm-1mm的金属丝之后，再把载玻片安装上，新狭缝就制成了，并且可以调节狭缝的宽度，如图6所示图6如图7所示，钠光灯照射新狭缝S，S即为两线状光源，当发出的光照射到双棱镜AB上时，形成了两束相干光，这两干涉光相当于是两虚光源S1S2，由于这两束相干光来自同一光源，满足相干条件，相遇区域P1 P2产生明暗相间的干涉条纹，且相邻明暗两条纹之间的间距一样。图7S1S2SAB A PPP1 PPP2 PPO Dd用测微目镜读出干涉条纹的间距，在光具座上读出虚光源到测微目镜的距离D，用二

12、次成像的办法计算出两虚光源的距离d，最后计算出所测光波波长为： 如图8所示，即为实验实物图，先应调节各元件达到共轴等高，打开钠光灯使其先预热4-5分钟之后开始调节各仪器，在测微目镜里能够看到清晰的条纹，在稍微放宽可调狭缝，使条纹最清晰，然后固定可调狭缝和双棱镜的位置。图9所示是实验时，在测微目镜里观察到的图像，能够看见明暗相间的干涉条纹。和传统的狭缝调出的干涉图即图3相比，干涉条纹增多，条纹总间距变大。图8图92.1.3数据记录（1）测量与D次数项目y1 mmy2 mm|y2- y1|13.3105.5202.2100.147023.3605.5502.1900.146033.3405.530

13、2.1900.146043.3505.5502.2000.147053.3205.5302.2100.1470由上述可以得到明暗条纹的间距在标有刻度的光具座上读出 D次数12345D（cm）33.5533.5633.5533.5433.55由上述可以得到虚光源到测微目镜的距离D（2）测量d（二次成像法）LS1S2dd1ab图11LS1S2dd1ba图10图10、图11即为二次成像法的实验原理图，在新狭缝和双棱镜保持位置不变，在测微目镜的前面安装凸透镜，且各元件达到共轴等高，移动凸透镜和测微目镜找到最大像和最小像。由图10可以得到放大像，而放大像之间的距离为d1 ：由d/d1=a/b得到 （1）

14、 ，由图11可以得到缩小像，而缩小像的距离为d2：由d/d2=b/a得到 （2）。由（1）、（2）两式可以求出。放大像 mm缩小像 mmy1 mmy2 mmd1=|y2- y1| mmmm13.8605.6501.7904.5505.5901.04023.8405.6321.7924.6405.6300.99033.9465.7401.7944.6205.6301.01043.8805.6721.7924.630506401.01053.9005.6901.7904.6005.6201.020所以 由上述可以得到两虚光源的距离 （3）波长与误差最后得到所测钠光灯的波长为： 2.1.4结论分析上

15、述实验测量出所测钠光灯的波长，用自制的新狭缝（双缝）代替可调狭缝，增加了干涉条纹的条数，而且干涉条纹更加的清晰，对比在没有替换之前的实验中所测得干涉条纹的间距，减小了误差，干涉条纹间距的测量误差减小，而测量的波长值在真实值的围，利用金属丝制备的可调狭缝即双缝，实验精确度更大，具有一定的实验价值。2.2可调狭缝与自制新狭缝测量光波波长2.2.1仪器光具座 钠光灯 可调狭缝 测微目镜 刀片 新狭缝 读数显微镜2.2.2原理与装置两列光波的频率一样、振动方向一样、相差恒定（或一样),则相遇时会在相遇的区域产生干涉现象。制备新狭缝，选用一片长4cm、宽2cm的玻璃，且玻璃的一面是透光的，一面不能透光。

16、然后用刀片在不透光的一面划出宽为0.5mm-2mm的两道刀痕，用读数显微镜检查刀痕的质量，以便可以使用。图12即为制作的新狭缝，图13是在读数显微镜下观察新狭缝，图14是在读数显微镜里观察到大两道刀痕。图12图13图14如图15所示，钠光灯照射可调狭缝S，S即为一线状光源，当发出的光照射到新狭缝时，形成了两束相干光，由于这两束相干光来自同一光源，满足相干条件，相遇区域P1 P2产生明暗相间的干涉条纹，且相邻明暗两条纹之间的间距一样。图15SAB A PPP1 PPP2 PPO Dd用测微目镜读出干涉条纹的间距，在光具座上读出虚光源到测微目镜的距离D，用读数显微镜读出玻璃上两刀痕的距离d，最后计

17、算出所测光波波长为： 如图16所示，即为实验实物图，先应调节各元件达到共轴等高，打开钠光灯使其先预热4-5分钟之后开始调节各仪器，在测微目镜里能够看到清晰的条纹，在稍微放宽可调狭缝，使条纹最清晰，然后固定可调狭缝和新狭缝的位置。 图17所示是实验时，在测微目镜里观察到的图像，能够看见明暗相间的干涉条纹。图16图172.2.3数据记录（1）测量与D次数项目y1 mmy2 mm|y2- y1|14.4105.3200.9100.227524.4105.3300.9200.230034.4205.3300.9100.227544.4205.3200.9000.225054.4105.3200.910

18、0.2275由上述可以得到明暗条纹的间距在标有刻度的光具座上读出 D次数12345D（cm）7.807.817.807.797.80由上述可以得到虚光源到测微目镜的距离D（2）测量d 将制作好的新狭缝放在读数显微镜上如图13所示，然后调节读数显微镜的叉丝，让叉丝对准左面的刀痕读出此时的读数，再让叉丝对准右面大刀痕读出此时的读数，重复5次。次数项目d1 mmd2 mm|d2- d1|120.00522.0252.020220.00622.0252.019320.00522.0252.020420.00522.0262.021520.00522.0252.020（3）波长与误差最后得到所测钠光灯的

19、波长为：2.2.4结论分析上述实验测量出所测钠光灯的波长，用自制的新狭缝（双缝）代替双棱镜，用读数显微镜读出两狭缝之间的距离，且读数显微镜精确读到千分位，读出的数很精确，消除了虚光源引起的实验误差，实验精确度更大，具有一定的实验价值。结论终上所述，基础实验是利用菲涅耳双棱镜测量所测光波波长虽然可以测量出光波波长，但是所测得的值与真实值不接近，误差很大。学生做此实验的时候往往花费的时间很多，但是却得不到与真实值相吻合的值。所以做此实验我抓住了两个实验误差的来源分别做改进，第一改进干涉条纹条数和清晰度所带来的误差，把可调狭缝用自制的新狭缝代替，其它依然不变，然后完成此实验，实验所得到的光波波长很吻

20、合真实值 ；第二改进虚光源所带来的误差，把自制的新狭缝（双缝）代替菲涅耳双棱镜，其它条件依然不变，用读数显微镜精确读出新狭缝的距离，然后完成此实验，实验所得到的光波波长很吻合真实值。在知道光波的波长，反之可以求出其它需要值，也可以检验实验中仪器的精确度。该进实验二对比于基础实验和该进实验一操作更加的简便，不用二次成像的办法求虚光源的距离，且实验可以同时教同学们在读数显微镜之下测微小宽度，是首选的实验，推广此实验设计可以投入实验室使用，测量各种光波波长，以达到检查光波波长对人体的利弊应用于实验的生活之中。在实验之中我还观察到用双缝代替可调狭缝，干涉条纹的条数增加，而且清晰；用双缝代替双棱镜，虚光源就可以消除，直接就可以用读数显微镜读出两缝的距离。实验都能够测量所测光波波长。但是实验只能消除虚光源和干涉条纹中的一种引起的误差，推广有没有直接消除两种待验证。结束语在此实验当中我用了新的方法来改进了实验，完成了实验，也证实了实验的可行性，改进的这两实验可以作为学生的创新实验来教学，让同学们自己动手，开阔自己的思维，在基础实验的基础之上，设计实验，达到创新实验。参考文献1 启钧光学教程M高等教育，2008年6月：18232 师学院物电系普通物理实验（三）师学院物电系编2013年3月：39423 述武普通物理实