第31卷增刊 电气电子教学学报 实验而言,我们的任务就是给学生一把直尺和一个 光盘,以及若干辅助小工具,粗略地测量出激光的波 长,精度小于10%即可。 光盘是以台面或坑槽的形式记录信息,信息轨 激光器 道呈阿基米德螺线形排列,可看成同心圆环,如图1 示。信道起源于中心位置,结束于光盘边缘34。 由于道间距非常小,所以在径向方向上可将光盘磁 轨看作反射光栅。测量时利用激光照射光盘,光 图2光盘衍射法实验装置示意图 盘会发生明显的衍射现象。当激光垂直入射到光盘明,我们利用精度为lmm的普通刻度尺可以对激 盘面上时,通常观察到明显的±1级衍射。然后用光波长的测量达到10mm量级,相对误差小于2 毫米刻度尺量出两个衍射点的间距,通过查找资料5%,具有较高的波长测量精度,方法简便易行,具有 可以得到CD光盘的数据道间距为1.6m,然后开展设计性实验的可行性 代入光栅衍射公式即可求得激光波长。 2几点做法 DVD (1)设计性实验强调的是学生的自行设计与探 索,有大量的设计工作需要在课余的时间完成。提 供完善的设计场所和服务是保证设计性实验顺利开 展的必要条件。本课题组以固定时间开放与网络预 约开放相结合的形式全方位开放了各实验室,并免 费提供了设计所需的器件。设计性实验注重的是设 计,所以要引导学生自行设计实验方案和步骤,只有 图1光盘结构图 方案合理的学生才可以进行实验验证。在判断方案 以HcNe激光器波长测量为例,测量方法的实是否合理的时候可以引入学生自评的做法,对每个 验步骤如下 方案进行答辩,这样可以充分调动学生的积极性,使 (1)先将白屏和光盘装置在底座上,并将白屏每位学生都受益 固定。 (2)学生在实验过程中,不可避免会遇到各种困 2)在白屏后面安装HeNe激光器,使激光通难,如激光器出现故障,光路对准有困难,实验结果 过白屏中央的小孔垂直入射到光盘上 不合理,达不到预期设计值等。这时教师要积极引 (3)调整光盘与白屏之间的距离,使衍射条纹导和启发学生进行思考,分析问题并解决问题。本 清晰地显示在白屏上,且白屏中央小孔为零级衍射课题组采取小班化实验教,10人一批,2人一组。由 光斑,其他级数的衍射条纹分别对称的落在中央小于人数不多,确保了在辅导中能够根据实验及学生 孔的两边 的具体情况区别对待,所有学生的实际动手能力都 4)从底座上读取光盘与白屏之间的距离L1,得到大幅提高。 同时用刻度尺测量土1衍射条纹之间的距离hl。且 3)设计性实验的考核标准与验证性实验不同, 分别反复测量读取3次取平均值。 需要更多的侧重于实验方法和手段的合理性,对实 (5)通过查找资料,查得ⅤCD光盘的数据道间验原理的掌握程度,以及实验误差分析是否到位。 隔d=1.6m。 学生的实验报告不仅要求有实验原理和实验方法, 然后,由图2可知,tan0=h/2L10= arct an还要记录实验中遇到的各种小问题和解决的办法 (h/2L1),则有:dsin 以及误差分析。鼓励学生提出其他创新性方案,对 在光盘衍射法中,测量±1衍射条纹之间的距于提出新方案并进行验证,以及积极思索排除故障 离Ml时,由于刻度尺的精度为lmm,限制了其距离和解决问题的学生,可以适当加分。 测量的精确度,导致山L的测量值存在误差。实验证 hing house. All rights reserved.h下转第1张页上实验而言, 我们的任务就是给学生一把直尺和一个 光盘, 以及若干辅助小工具, 粗略地测量出激光的波 长, 精度小于 10% 即可。 光盘是以台面或坑槽的形式记录信息, 信息轨 道呈阿基米德螺线形排列, 可看成同心圆环, 如图 1 示。信道起源于中心位置, 结束于光盘边缘[ 3, 4] 。 由于道间距非常小, 所以在径向方向上可将光盘磁 轨看作反射光栅 [ 5] 。测量时利用激光照射光盘, 光 盘会发生明显的衍射现象。当激光垂直入射到光盘 盘面上时, 通常观察到明显的 1 级衍射。然后用 毫米刻度尺量出两个衍射点的间距, 通过查找资料 可以得到 CD 光盘的数据道间距为 1. 6
m [ 6] , 然后 代入光栅衍射公式即可求得激光波长。 图 1 光盘结构图 以 He
Ne 激光器波长测量为例, 测量方法的实 验步骤如下: ( 1) 先将白屏和光盘装置在底座上, 并将白屏 固定。 ( 2) 在白屏后面安装 H e
Ne 激光器, 使激光通 过白屏中央的小孔垂直入射到光盘上。 ( 3) 调整光盘与白屏之间的距离, 使衍射条纹 清晰地显示在白屏上, 且白屏中央小孔为零级衍射 光斑, 其他级数的衍射条纹分别对称的落在中央小 孔的两边。 ( 4) 从底座上读取光盘与白屏之间的距离 L1, 同时用刻度尺测量 1 衍射条纹之间的距离h1。且 分别反复测量读取 3 次取平均值。 ( 5) 通过查找资料, 查得 V CD 光盘的数据道间 隔 d = 1. 6
m。 然后, 由图 2 可知, tan= h1 / 2L 1 = ar ctan ( h1 / 2L 1 ) , 则有: = dsin 在光盘衍射法中, 测量 1 衍射条纹之间的距 离 h1 时, 由于刻度尺的精度为 1mm, 限制了其距离 测量的精确度, 导致 h1 的测量值存在误差。实验证 图 2 光盘衍射法实验装置示意图 明, 我们利用精度为 1mm 的普通刻度尺可以对激 光波长的测量达到 10nm 量级, 相对误差小于 2. 5% , 具有较高的波长测量精度, 方法简便易行, 具有 开展设计性实验的可行性。 2 几点做法 ( 1) 设计性实验强调的是学生的自行设计与探 索, 有大量的设计工作需要在课余的时间完成。提 供完善的设计场所和服务是保证设计性实验顺利开 展的必要条件。本课题组以固定时间开放与网络预 约开放相结合的形式全方位开放了各实验室, 并免 费提供了设计所需的器件。设计性实验注重的是设 计, 所以要引导学生自行设计实验方案和步骤, 只有 方案合理的学生才可以进行实验验证。在判断方案 是否合理的时候可以引入学生自评的做法, 对每个 方案进行答辩, 这样可以充分调动学生的积极性, 使 每位学生都受益。 ( 2) 学生在实验过程中, 不可避免会遇到各种困 难, 如激光器出现故障, 光路对准有困难, 实验结果 不合理, 达不到预期设计值等。这时教师要积极引 导和启发学生进行思考, 分析问题并解决问题。本 课题组采取小班化实验教, 10 人一批, 2 人一组。由 于人数不多, 确保了在辅导中能够根据实验及学生 的具体情况区别对待, 所有学生的实际动手能力都 得到大幅提高。 ( 3) 设计性实验的考核标准与验证性实验不同, 需要更多的侧重于实验方法和手段的合理性, 对实 验原理的掌握程度, 以及实验误差分析是否到位。 学生的实验报告不仅要求有实验原理和实验方法, 还要记录实验中遇到的各种小问题和解决的办法, 以及误差分析。鼓励学生提出其他创新性方案, 对 于提出新方案并进行验证, 以及积极思索排除故障 和解决问题的学生, 可以适当加分。 ( 下转第 134 页) 第 31 卷 增刊 电气电子教学学报 125