上饶师范学院科技项目申请表2.doc

上饶师范学院科技项目申请书（2012 年度） 承 担 部 门：物电学院09级（1）班 学 科 门 类：中学物理教学实验 课 题 名 称：用钢尺测量激光光波波长 课题负责人： 王仕杰 指导 教师 ：程元飞 科 研 与 学 科 建 设 处说 明 1、此申请书一式二份，科研处、课题负责人各一份。 2、此申请书一经签订，就具有合同意义。3、计划完成时间：一般为某年的6月或12月，也可填其它时间。课题研究周期一般为11.5年。 4、成果形式：指论文、专著、鉴定通过。一、国内外与本项目有关的科学技术现状和发展趋势（包括计算机检索情况）：现在科学技术可以精确到10-12m左右，对于光的波长也能很准确的测出。在高中光学实验中有用双缝干涉测光波波长的实验, 而本实验最不一样的地方就是用生活中常见的钢尺来测量激光的波长。众所周知，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，而要测量它的厚度就有些困难了，因为钢尺上两相邻刻线的间距是0.5mm 或1mm，而一般练习簿的厚度也不过1mm 左右，所以很难测准。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，但本实验巧妙地利用了光的波动性质，真的用一把普通的钢尺把这么短的波长测出来了。用最小分度为 0.5mm 的普通钢尺“量”出了只有 0.0006mm 左右的波长，而且看到了反射角不等于入射角的“奇怪”现象。它说明，反射定律只是在一定条件下才成立的，如果反射面上刻有许多很细而且等间距的刻痕，就可使不同波长的光反射到不同的方向去，这就是现代高科技中常用的光学元件“光栅”的雏形，光栅是一种比棱镜更好的分光器件。 我通过该实验贴近生活的特点增加同学们在学习物理时的趣味，激起同学们的兴趣。本实验看似复杂，其实所需材料而操作过程都非常简单，在实验原理上可以使学生拓展视野，在实验操作上可以提高学生动手能力，整个实验需要细心操作，最好是两人合作，还能提高学生的合作能力，实验原理比较难，可以布置学生查资料进行自我学习，提高学生的自主性和自学能力。该实验作为高中课本双缝干涉实验的拓展，是一个很好的例子，这方面还可以多做努力。二、研究内容、方法和技术路线（包括工艺流程）：实验目的：用钢尺测量氦氖激光器激光波长实验器材：激光器、带刻度钢尺、白纸、米尺各一件实验原理 ：本实验的测量原理如图1 所示。 图1 激光在钢尺上的衍射让一束激光照到钢尺的端部，其中一部分激光从钢尺上方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 S1 、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。由图 2 可知，从光源某一点 A 发出而在相邻光滑面B 、B，反射的光，到达屏上C 点时所经过的路程差（称为光程差）为ABCAB，C=BDDB=d (cos cos ) (1) 图2光程差计算若 恰好等于零或等于波长 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 处，0，这就是在 S0 处的亮斑。S1 、S2 、S3 、S4 处必有： =， =2， =3，=4，因此，由(1)式可知： d (cos -cos 1) （2 ）d (cos -cos 2) 2 （3 ）d (cos -cos 3) 3 （4 ）d (cos -cos 4) 4 （5 ）其中d=0.5mm 是已知的，因此，只要测出 和 1 、 2 、 3 、4 、就可从以上各式算出波长的值。实验中，使尺与屏垂直，则 tan =hL (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值，而对应于亮斑S0的就是 。 实验内容 ：1 在离白板面约 2 米处的一张桌子的两端(距离约0.6 米)，分别放上激光器和一把钢尺，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。 图3 用钢尺测激光波长装置图2 将激光器的电源线连接到稳压电源的电压输出端上。调节激光器支架螺丝，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。 3 观察并记录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。 4 在白板上出现亮点区域贴一张白纸条（作为观察屏），并在纸条上用笔记下-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 。) 5 用卷尺量出从钢尺前端至白板的距离 L。 6 从白板上取下纸条，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)式算出和(S0对应的即为) ，再由(2)至(5)等各式算出值。若从以上各式算出的波长值不同，则可求平均以得到待测激光的波长 。 7. 用实验室提供的单缝(单孔), 双缝(双孔), 多缝(多孔) 光刻板去观察透射光的衍射和干涉现象。 注意：激光是一种方向性和单色性都很好的强光，可能会损伤眼睛，使用时要十分小心。本实验所用的激光功率虽然不大，但也不能直接对着激光看；更应注意不让激光射到他人的眼睛。 观察思考 ：1 本实验中所用的钢尺可以用木尺或塑料尺代替吗？为什么？ 2 可以用本实验的方法测量手电筒光的波长吗？为什么？ 3 实验中为什么要使激光束对钢尺的夹角约为 20左右？取得太大或太小会有什么结果？ 4 如果选择钢尺的 1mm刻痕线再次做实验，观察到的亮点应有何变化？结果有无变化？并说明理由。 5 激光经过光栅后的图样和单缝后的衍射图样有什么区别，你能解释吗？数据表格： 表格1: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原因分析表格2： 钢尺前端至墙的距离L_mm。钢尺上最小刻度间距d_ mm。各长度测量值（mm）角度或(度)波长（nm）（nm）OS0 =OS1 1 =OS2 2=OS3 3 =OS4 4 =三、科技目标和路线、经济指标（阶段目标按年度写）：（一）阶段目标：（二）最终目标：（三）技术经济指标：（四）成果形式：四、计划进度（按年月详细填写）：起止年月计划要求1周8周9周16周找到合适的材料，并且能够做出理想的器材，经过多次改良之后，完成理想的实验演示仪器，运用到教学当中。五、现有人才、技术、物资基础条件、现有仪器设备、水电、燃料、材料、环保等条件：激光器，带刻度的激光尺，白纸和米尺各一件六、经费预算：分项内容经费额（元）备 注1设备、仪器购置费借实验室器材 2材料样品费1买白纸 3试验费借实验室器材 4资料费1打印资料和讲义 5土建安装费 6调研费 7鉴定费 8其它费用无