光柵色散的新型演示實驗

余素君 項林川

（華中科技大學物理學院，湖北 武漢 430074）

光柵色散的新型演示實驗

余素君 項林川

（華中科技大學物理學院，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象的新型演示實驗裝置.

光柵色散；演示實驗；新型

物理學是一門實驗科學.在大學物理課堂上配合理論講授進行演示實驗，能夠化抽象為具體，化枯燥為有趣，通過展現真實的物理現象，引導學生進行仔細觀察和深入思考，激發學習興趣，活躍課堂氣氛，提高教學效果.

大學物理課程的波動光學部分包含光柵衍射的內容.根據光柵方程dsinθ＝kλ可以知道［1］，復色光通過光柵進行衍射時會發生色散.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了汞光光柵衍射實驗，所用的儀器設備為汞燈、分光計、光柵等，但通常只能在暗室里進行近距離觀察，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，不能演示色散現象.

為了能夠隨堂演示色散現象，我們設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.雖然隨著激光技術的發展，多波長激光器已經出現，但在可見光波段低功率多波長激光器在技術上還不成熟.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，整個教室里的學生都可以清楚地觀察到這種光柵色散現象，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、精密手動旋轉臺和300mm×300mm的光學平臺等.實驗發現，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構緊湊，便于攜帶，光路調節方便，演示的花樣在10m以內清晰可見，很適合于課堂演示.

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