测量光波波长的实验研究.docxVIP

文章编号:1007-2934(2014)03-0050-03测量光波波长的实验研究王元章，王传坤，张星( 兴义民族师范学院，贵州 兴义 562400)要: 采用三棱镜和光栅测量绿光波长，结果表明三棱镜测量光波波长的精确度比光栅测光波摘精确度更大，为实验提供了一种更精确测量光波波长的方法。关 键 词: :三棱镜;光栅;波长中图分类号: O4-34文献标志码: A分光计是一种常用的光学仪器，在几何光学实验中，主要用来测定棱镜角、光束的衍射角、光 波波长等。分光计也是一种重要的教学仪器，分 光计的调节、用分光计测量三棱镜顶角和用光栅 测量光波波长［1-3］。既是锻炼学生的实验能力与 实验技能的好时机，也是检验学生学习的理论的 重要途径。采用分光计实验时，必须熟练掌握快 速分光计的方法。能否快速调节分光计将会直接 影响实验能否顺利进行［4-5］。在大学基础物理实 验中，一般用分光计来测量三棱镜的折射率，几乎 不涉及用三棱镜来测量光波的波长。在用分光计 测量光 波 波 长，运用内插法原理测出绿光波 长［6］，为学生提供了一种新的测量光波波长的方 法。目前实验主要是运用光栅测量光波波长，在 测量的过程中有很多的不足。因此可以从衍射角 的定义出发，分析不足之处，提出了一种简单、有 效的新的测量方法。改变光栅衍射角的测量方法 后，使测量的数据大大简化，使实验的可操作性更 高、是数据处理也大大简化。文章主要比较两种 测量光波长的精确度和可行性。［8-9］光栏并拍摄铁谱和待测光波长的光谱，并在被测谱线 λχ 两旁各找出最靠近的一条已知波长的铁 谱线 λ1 和 λ2 ( λ2 ＞ λ1 ) 分别由阿贝比仪测得它们 相应位置的读数分别是 d1 ，dx 和 d2 ，用线性内插法可得λ － λ－λλ21x1(1)=d － dd － d21x1由此可知λx 为dx － d1+( λ)(2)λλ=– λx121d2 － d1用透射光栅测定光波波长若以单色平行光垂直照射在光栅面上，则光 束经光栅各缝衍射后将在透镜后的焦平面上叠 加，形成一系列被相当宽的暗区隔开的间距不同 的明条纹( 光谱线) 。根据夫琅禾费衍射理论，衍射光谱中明条纹所对应的衍射角应该满足下列 条件:1． 2(3)dsinφk= ± kλ??k= 0，1，2，3…?式中:d = a + b 称为光栅常量( a 为狭缝宽度，b 为刻缝宽度，参见图 2) ，k 为光谱线的级数，φk 为 k级明纹的衍射角，λ 是入射光波长。该式称为光栅 方程。如果入射光为复色光，则由式(1) 可以看出， 光的波长不同，其衍射角 φk 也各不相同，于是复色光被分解，在中央 k = 0，φk = 0 处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，称为零级谱线。在零实验原理1用三棱镜测光波波长内插法是用未知函数的一组已知的自变量和 它对应的函数值求一种未知函数其他值的近似计 算方法，是一种未知函数的数值逼近球法。在比较 光谱法中测定各谱线波长［7］ 的方法是:用哈特曼1． 1收稿日期: 2013-12-21基金项目: 贵州省高等学校教学内容和课程体系改革培育项目( 黔高教发 2012-426 号)测量光波波长的实验研究51级谱线的两侧对称分布着 k1，2，3，… 级谱线，=且同一级谱线按不同波长，依次从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱。图 2光栅光路图数据处理与讨论2三棱镜测光波波长的计算表 1 给出的数据是用三棱镜测量的是实验 数据。2． 1图 1三棱镜光路图表 1用三棱镜测各谱线的最小偏向角黄色谱线绿色谱线紫色谱线次数uvuvuvuvuvuv123456282°20282°27282°20282°30282°30282°27102°16 102°26102°18102°30102°25 102°24206°51205°57205°30205°14206°205°1426°4225°5725°3025°1226°25°14282°282°7282°． 00282°12282°6282°5101°55102°2102°102°6102°102°2206°43206°45206°48205°35206°16205°3526°4526°4426°4325°3526°1525°35280°26280°6280°6280°6280°5280°599°30100°100°100°2100°100°2208°33208°6207°43207°30208°4207°3028°3028°27°4227°3028°427°27由表 1 数据，代入公式: 1 = 4 ( v1 － v1 )+ ( v2 － v2 )(4)δm表 2根据表 1 计算得到不同的 δm各谱线最小偏向角 δm平均值δm1234