实验23测量激光波长

实验23测量激光的波长1.用钢尺测量激光的波长实验原理用一把普通的钢尺，可以方便地测量出一本练习簿的长度和宽度。钢尺上两相邻刻线的间距是0.5mm或1mm,现在要用这把钢尺去测量只有万分之几毫米的光的波长，这看来似乎是不可能的。但若巧妙地利用光的波动性质，就能用一把普通的钢尺测出这么短的波长。它的测量原理如图1所示。让一束激光以掠入射的方式照到钢尺的端部，其中一部分激光越过钢尺端部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S］、s2、S3、S4……这是因为，尺上是有刻痕的(刻痕的间距是d=0・5mm),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。即是说，在这种情况下，钢尺成了一个反射光栅。由图2可知，从光源某一点A发出而在相邻光滑面B、B，r反射的光，到达屏上C点时所经过的光程差为A=AB‘C_ABC=DB'_BD‘=d@2梵程差计算(cosa—cosp)@2梵程差计算A若恰好等于零或等于波长入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B=a处，A=0,这就是在S0处的亮斑。而S］、S2、S3、S4……处必有：△=入，A=2九,A=3X，A=4入，……，因此，由(1)式可知：d(cosa-cosp1)=入(2)d(cosa-cosfi2)=2X(3)d(cosa-cosp)=3九(4)d(cosa-cosp)=4X(5)其中d=0.5mm是已知的，因此，只要测出a和B］、B2、B3、B4、 就可从以上各式算出波长的值。实验中，使尺与屏垂直，则tanp=h／L (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-S0点的中心，量出各亮斑间的距离即可求得各B值，而对应于亮斑S0的B就是a。实验仪器激光笔一支，普通钢尺一把，卷尺一把，纸尺一条。

实验内容1．在离白墙面约2米处的一张桌子的两端（距离约0.6米），分别放上激光笔和一把钢尺，钢尺的前端（0〜5mm部分，分度为0・5mm）置于桌外，使钢尺与墙面大致垂直，如图3所示。白纸離上的光斑白纸離上的光斑图3用钢尺测激光波长实验图将激光笔固定在平板上，平板后端微微抬起，使激光束对钢尺的夹角约20,且光束的大部分恰好照到钢尺的前端，而小部分直接照到墙上。观察激光以各种入射角在钢尺各部分反射的情况，什么情况下反射光斑近似是一个点？什么情况下反射光斑近似是一条线段？什么情况下反射光斑分裂为许多独立的光点？讨论其原因。并完成表格1。在墙上出现亮点区域贴一张白纸尺（作为观察屏），并在纸尺上用笔记下-S0、S0、S1、S2、S3、S4等亮斑的位置。（注意：必须正确判别S0的位置，切勿搞错；可让激光照在钢尺无刻痕的部位，以判别S0。）用卷尺量出从钢尺前端至白板的距离L。取下纸尺，取-S0与S0的中点为O点，量出S0、S1、S2、S3、S4……各点与O点的距离（即各h值），由（6）式算出a和B（S0对应的B即为a），再由（2）至（5）等各式算出入值。可求平均以得到待测激光的波长入。数据表格表现象反射光斑近似为点反射光斑近似为线段反射光斑为分裂的点出现条件分析原因表二：钢尺前端至墙的距离L= cm,钢尺上最小刻度间距d= mm各长度测量值（mm）角度a或卩度数（度）波长入（nm）(nm)OS0=a=OS1=卩1=OS2=卩2=OS3=%=OS4=防2.用光栅测量激光波长实验内容把光栅直立放在桌上光栅与墙面相距约1米，用激光束大致垂直地照射在光栅上，透射光在墙上形成一系列亮点。根据这些亮点的分布求出衍射角e,査阅“衍射光栅“实验中求得的光栅常数d=3350nm，由光栅方程dsin^k=k入 k=0,±l,±2,…求出激光波长，并与用钢尺测得的结果比较。数据表格自拟。阅读材料：石墨烯的发现［1］石墨是一类层状的材料，即由一层又一层的二维平面碳原子网络有序堆叠而成。由于碳层之间的作用力比较弱，因此石墨层之间很容易互相剥离开来，这也是铅笔可以在纸面上留下痕迹的原因。如果将石墨逐层剥离，直到只形成一个单层，即厚度只有一个碳原子的单层石墨，这就是石墨烯。石墨烯的厚度只有0・335nm,比纸还要薄100万倍，但它的强度却比钻石还要坚韧。同时作为单质，它在室温下传递电子的速度要超过任何一种已知的导体。它还具有很大的比表面积，突出的导热性能，优异的量子隧道效应，零质量的狄拉克・费米子行为及特殊的半整数量子霍尔效应，石墨烯最明显的应用之一是成为硅的替代品，大幅度的提高工作速度，生产未来的超级计算机。用石墨烯作成的超级电容器具有较一般材料大得多的能量存储密度。同时，石墨烯以其独特的物理、化学和机械性能也为复合材料的开发提供了原动力，此外，石墨烯可能成为化学和生物传感器中非常有前景的材料。但在过去很长一段时间里，科学家们从理论上一直认为这种纯粹的二维晶体材料是无法稳定存在的，一些试图制备石墨烯的工作也都没取得成功。直到2004年，英国曼彻斯特大学的物理教授AudreGeim(安德列.海姆)用一种简单易行的胶带分离法制备出了石墨烯。这一新型材料的问世引起了全世界的研究热潮。2010年,AudreGeim教授和他的学生KostyaNovoselov凭借着石墨烯方面的创新研究而获得了诺贝尔物理学奖。Geim一直认为最重要的科研技巧就是利用任何可用的研究设备和手边的仪器尝试做一切新事物。在石墨烯的研究上，Geim也是采用了最简单的手段取得了最有价值的结果。他首先将石墨烯分成较小的碎片，选出较薄的，用普通的塑料胶带粘住薄层的两侧。撕开胶带，薄层也随之一分为二。不断重复这