一种新颖简易的方法测量红外线及可见光的波长.pdf

第 卷第 期大学物理实验.年 月 .收稿日期:基金项目:年国家级大学生创新训练项目()文章编号:()一种新颖简易的方法测量红外线及可见光的波长吴显云张 容赵 威李盈盈许 灯(成都师范学院 物理与工程技术学院四川 成都)摘要:将发光二极管()及红外线二极管()并联放在平台上并在二极管旁边放置一把刻度尺在数码显微镜的 镜头前放置一片透射光栅 逐渐调高连接二极管的电压电脑显示屏上会首先出现 的白色亮点接着出现 的红色亮点最后出现 的蓝色亮点 直接从屏上测量相邻两亮点间的距离可以测量红外线和可见光的波长使用该装置测量 红外线及 可见光的波长其结果与参考值符合得很好误差在.以内 该装置具有简易、精度高、成本低廉等优点除了可以作为演示教学外还可以让学生分组操作实验关键词:数码显微镜红外线透射光栅中图分类号:文献标志码:./.大学物理实验投稿网址:/.日常生活中电视和空调等家电用品的遥控器所发射的红外线波长比可见光长肉眼看不见 在物理教学上也经常涉及红外线 利用数码显微镜、透射光栅、发光二极管和红外线二极管等高科技、低价格的产品设计红外线及可见光的波长测量装置该装置具有简易、精度高、成本低廉等优点除了可以用作演示教学外还可以让学生分组操作实验 实验原理及设计可见光的波长 至 红外线波长 至.数码显微镜配有互补金属氧化物半导体()可把肉眼看不见的红外线转成可看得到的白色亮点结合透射光栅可测出红外线的波长如图 所示为用透射光栅测定光波波长的方法:若以波长为 的激光垂直照射光栅常数为 的透射光栅在光屏上出现亮点各衍射亮纹的衍射角为 满足以下条件:().()式()为光栅方程其中 表示衍射亮纹的级数 为中央零级亮纹其他级次亮纹对称位于中央亮纹的两侧图 激光经光栅衍射产生衍射亮点由于灯泡、等所发出可见光的亮度比激光小若没有暗室设备在光屏上无法呈现衍射图样 如图 所示可见光经距离 后照射透射光栅形成衍射亮纹进入紧贴光栅的眼睛由于光具有可逆性眼睛可以通过光栅看见与光源处于同一平面的衍射亮纹观察 级亮纹设光栅到屏的距离为 测量屏上相邻的两亮点间的距离 由几何关系可知:().()则可求出波长:().()图 测量红外线及可见光的波长将 及 并联放在平台上并在二极管旁边放置一把刻度尺在数码显微镜的 镜头前放置一片透射光栅 如同图 的眼睛将数码显微镜连接电脑在电脑显示屏上出现衍射的亮点可在屏上直接测得相邻两亮点的距离 并测量二极管到光栅的距离 由式()可求出波长图 为实验装置实物图图 为实验装置示意图图 为面包板上的电路图图 实验装置实物图图 实验装置示意图图 面包板上的电路图将一个红光、红外线 和蓝光 并连接在面包板上如图 所示 将大支架放置于水平桌面上并将数码显微镜()垂直固定在其上 将小支架放置于木盒内面包板水平放置于小支架底座上把木盒放在数码显微镜正下方且将透射光栅(/)水平放置于小支架上方如图 所示 实验操作和测量结果实验时首先对数码显微镜调焦接通数码显微镜并打开电脑软件 将刻度尺水平放置于木盒上表面对数码显微镜进行调焦直到电脑显示屏上出现清晰的像 接着定标调整刻度尺位置当刻度尺与参考坐标线的横轴平行时确定测量标尺 然后调节电压产生衍射图样将低压电源调零接通电源在二极管安全电压范围内逐渐调高电压达到 的导通电压时显示屏上出现一排红外线的衍射亮纹在刻度尺的刻度线旁将带小孔的黑色卡纸放置于木盒上表面移动卡纸直至通过显示屏上可再次观察到清晰的衍射图样此时光斑比盖上卡纸前更小 最后记录实验数据在显示屏上点击相邻两亮点的圆心 软件就会自动生成相邻两亮点的间距(可精确到.)如图 所示并用分度值为 的刻度尺直接测量光栅到黑色卡纸的距离估读到.由式()可计算出红外线的波长再逐渐调高电压分别达到红光 及蓝光 的导通电压时显示屏上会分别出现一排红色及蓝色亮点均与红外线的衍射亮纹平行 同理可计算出红光及蓝光的波长大 学 物 理 实 验 年()在 上定标()在显示屏上测量图 数码显微镜测量相邻两亮纹的间距 图 为电脑显示屏上截取的衍射图样上面一排是红光 的衍射亮点中间一排为红外线的衍射亮点下面一排是蓝光 的衍射亮点图 电脑显示屏上截取的衍射图样实验结果取四位有效数字测量五次所得红外线波长平均值为.(参考值 )红光波长平均值为.(参考值 )蓝光波长平均值为.(参考值 )测量平均值与参考值的相对百分误差均在.以内合成不确定均不超过.把一张黑色卡纸用小刀划一条规则的细缝或者打上规则圆形小孔(圆孔直径小于 灯的直径)盖在 灯上把 灯所发出的光转变为更小的点状或线状光源衍射图样更规则可以提高 的测量精确度从而提高波长的测量精确度如图 所示盖圆形小孔卡纸测量平均值与参考值的相对百分误差均在.以内 使用光栅常数较小(如 /)的透射光栅时分辨率较高蓝光 在显示器上还会出现红光及黄光红光 还将伴随着红外线的白色亮点(上排未盖卡纸中排盖圆形小孔卡纸下排盖线条缝卡纸)图 蓝光的衍射图表 为一组未盖卡纸红外线、红光及蓝光波长的测量结果表 为一组盖圆形小孔卡纸红外线、红光及蓝光波长的测量结果表 未盖卡纸测量得到的红外线、红光及蓝光的波长/红外线.红光.蓝光.表 盖圆形孔卡纸测量得到的红外线、红光及蓝光的波长/红外线.红光.蓝光.结 语数码显微镜、透射光栅、发光二极管以及红外线二极管等都是高科技低价格的设备利用这些简单的设备测量红外线及可见光的波长实验简单易操作、测量结果精度高、成本低廉 在实际教学中投入使用不仅便于教师进行课堂演示教学还可以让学生分组操作实验增加学生的课堂参与度锻炼学生的动手操作能力参考文献:刘昆冈.你所不知道的智能手机的神奇功能.大众用电():.施克孝.可见光、电磁波及原子的发光原理知识(一).演绎科技():.攀声源.红外摄像机简述及常见故障处理技巧.家电维修:大众版():.杨述武王定兴.普通物理实验()光学部分.北京:高等教育出版社.第 期吴显云等:一种新颖简易的方法测量红外线及可见光的波长 方岩刘成森薛太萍等.利用 光源进行双棱镜干涉 测 光 波 波 长 .大 学 物 理 实 验():.牟泉润孙丽媛杜月琪等.基于干涉原理的光波长测量装置设计.大学物理实验():.张晨晓陈依茹殷心潼等.一种便捷的利用智能手机屏测量激光波长的方法.物理通报():.张宇陆欣雨王凯杰等.可见光波长的测量.大学物理实验():.陆宏姜玲珍耿完桢等.光栅法和法布里珀罗干涉仪法实时测量激光波长的对比研究.哈尔滨工业大学学报():.危立娜宫爱玲程鹏等.一种基于面阵 实时测量汞灯谱线波长的方法.激光杂志():.王挺峰付有余郭劲等.一种实时测量入射激光波长及方位的新方法.光学技术():.():.:(上接第 页).():.贾串玲.超声驻波悬浮传输装置的研制与实验(应用型).哈尔滨:哈尔滨工业大学.:.():.:大 学 物 理 实 验 年