光柵色散的新型演示實驗

余素君 項林川

（華中科技大學(xué)物理學(xué)院，湖北 武漢 430074）

光柵色散的新型演示實驗

余素君 項林川

（華中科技大學(xué)物理學(xué)院，湖北 武漢 430074）

本文介紹了一種適合于課堂使用的光柵色散現(xiàn)象的新型演示實驗裝置.

光柵色散；演示實驗；新型

物理學(xué)是一門實驗科學(xué).在大學(xué)物理課堂上配合理論講授進(jìn)行演示實驗，能夠化抽象為具體，化枯燥為有趣，通過展現(xiàn)真實的物理現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行仔細(xì)觀察和深入思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果.

大學(xué)物理課程的波動光學(xué)部分包含光柵衍射的內(nèi)容.根據(jù)光柵方程dsinθ＝kλ可以知道［1］，復(fù)色光通過光柵進(jìn)行衍射時會發(fā)生色散.在課堂上講授這部分理論知識時，如果輔以演示實驗效果會更好.目前，絕大部分院校都開設(shè)了汞光光柵衍射實驗，所用的儀器設(shè)備為汞燈、分光計、光柵等，但通常只能在暗室里進(jìn)行近距離觀察，可以觀察到零級和各波長的一級明紋衍射條紋，由于光強較弱，這個實驗不適合在課堂上做.此外，比較常見的是用激光作為光源的單色光的光柵衍射演示實驗［2］，由于一般均采用毫瓦量級的激光器，可以在課堂上做實驗，與理論講解相配合.但因為是單色光入射，不能演示色散現(xiàn)象.

為了能夠隨堂演示色散現(xiàn)象，我們設(shè)計制作了一套新型演示實驗裝置，見原理圖1.

圖1 實驗裝置原理圖

激光的功率密度大、亮度高，為了保證在課堂上的演示效果，我們采用激光作為光源.雖然隨著激光技術(shù)的發(fā)展，多波長激光器已經(jīng)出現(xiàn)，但在可見光波段低功率多波長激光器在技術(shù)上還不成熟.我們利用分光板使650nm的紅色激光和530nm的綠色激光分別通過折射和反射后重合為一束，作為雙波長入射光垂直入射到光柵上，在觀測屏上可以看到紅綠兩套激光衍射圖樣，色散現(xiàn)象非常明顯.

把教室的墻面作為觀測屏，光柵到墻面的距離為6m左右.圖2、圖3分別是每毫米300線和600線的光柵的衍射圖樣的照片.對每毫米300線光柵，紅、綠兩色的一級衍射斑之間的距離約為24cm，紅、綠兩色二級衍射斑之間的距離約為54cm；若采用每毫米600線的光柵，紅、綠兩色一級衍射斑之間的距離就可達(dá)約57cm.同一級衍射斑之間的距離大，且激光光斑亮度高，整個教室里的學(xué)生都可以清楚地觀察到這種光柵色散現(xiàn)象，演示效果很好.

圖4是實驗裝置的實物照片.裝置中采用的是半導(dǎo)體激光器，功率約為10mW.裝置中還包括精密手動升降臺、精密手動旋轉(zhuǎn)臺和300mm×300mm的光學(xué)平臺等.實驗發(fā)現(xiàn)，分光板也可用厚為2mm左右的透明玻璃片替代.

圖4 實驗裝置實物照片

這套雙波長光柵色散演示儀結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶，光路調(diào)節(jié)方便，演示的花樣在10m以內(nèi)清晰可見，很適合于課堂演示.

［1］ 黃伯堅.大學(xué)物理 下冊（第四版）［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006

［2］ 陳熙謀.物理演示實驗［M］.北京：高等教育出版社，1983

A NOVEL DEMONSTRATION EXPERIMENT OF GRATING DISPERSION

Yu Sujun Xiang Linchuan
（School of Physics，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan，Hubei 430074）

A novel demonstration experiment of grating dispersion is introduced，which is propitious to be carried out in class.

grating dispersion；demonstration experiment；novel

2011－06－01）