2013年光栅实验讨论

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请问一下,在第一个测波长的实验中,最后的波长平均值＝644.1nm,而不确定度根据Ua计算,得到2nm,那这样波长的位数要怎么取呢？是（644+2）nm还是（6×10^2+2）nm呢？ 谢谢！ — 徐祥文 2013/01/01 16:11

(6.44±0.02)×10²nm,写成644±2(nm)也可以 — 童培雄 2013/01/02 13:05

请问一下老师，当光栅发生轻微倾斜时，所测得光长偏大还是偏小呢？（光栅常数已知） — 傅正 2013/01/03 17:51

光栅发生轻微倾斜,光的波长是不会变的。只是相当于光栅常数变小，屏上X当然变大。 — 童培雄 2013/01/04 09:09

老师好，我在复习光栅常数这个试验的时候发现在处理数据的时候是不能用A类不确定度的是吧。。。就是确认一下对不对。。谢谢老师— 黄禹铭 2013/01/03 23:45

严格讲：不是多次测量，所以可以不计算A类不确定度。 — 童培雄 2013/01/04 09:12

请问老师，比如激光波长是652+-1nm，实验测得波长是650+-3nm，那误差怎么算？要把不确定度代在里面一起算吗？ — 王瑜莹 2013/03/11 21:17

测量光栅常数时用激光波长是652nm，不确定度为1nm。 — 童培雄 2013/03/12 09:01

老师好，在计算d的不确定度时，用传递公式，波长652nm看作准确值还是也要算上不确定度，而6组数据求得6个不确定度再平均这样的方法正确吗？ — 李晓涵 2013/03/14 17:16

波长的不确定度给出，计算d的不确定度时应该用到。不确定度不能平均，只能传递 — 童培雄 2013/03/14 20:00

老师好，我在实验过程中发现有些本该是规则亮点的地方显示的略是有些分散的亮斑，后来我知道是实验仪器的原因，我想知道这是什么原因造成的呢？谢谢。 — 张瑾 2013/03/15 08:28

这种情况产生的原因很多，也很复杂，有些可能半导体激光器内的透镜污染，造成光无法聚焦，有散射光产生，造成亮斑拉丝，拖尾现象。 — 童培雄 2013/03/15 17:43

老师您好，在做这个实验时，误差的主要来源在于光栅到光屏距离的测量，那么为什么这个实验不在标有精确刻度的光具座上进行？是不是因为光具座很难保证完全水平？谢谢。 — 王泽宇 2013/03/18 09:00

光具座是一维的，设计实验的目的是测量过程在二维平面中进行。当然用光具座，不确定度一定会小很多 — 童培雄 2013/03/19 08:53

老师好。请问测波长和光栅常数是都用作图法吗？ — 苏昊 2013/03/18 21:21

是的 — 童培雄 2013/03/19 08:57

老师您好！请问用作图法测波长时，应当以谁为自变量，谁为应变量？我开始想以sinθ为应变量，k为自变量，但是想到k是不能连续变化的，这样作图似乎不可行；然而如果用近似公式来作图的话，因为k最大可以取到3，此时衍射角较大，所以考虑到近似公式误差可能会很大~~所以还请老师指点一下···还有，在计算x与L的不确定度时，是否只是计算其B1类不确定度就行了？我想确认一下。 — 蒋林静 2013/03/19 14:37

应该以K为自变量作图。L与X的不确定度B2类可根据不确定度限值（网上有）求得。 — 童培雄 2013/03/20 09:03

老师，请问一下：光栅常数d的不确定度怎么算？是用Ua和Ub2合成，还是用X,L的不确定度，再用传递公式？ 谢谢！ — 衡梦 2013/03/20 21:42

都可以。当然，如果有时间，两种方法都做一做 — 童培雄 2013/03/21 09:08

老师，请问x和l的不确定度限值取什么?另外想确定一下波长的不确定度只需取Ua是吗?而光柵常数由于不是多次测量而不取Ua对吗?一杨影

x和L的不确定度限值可参考网上器材中的表格。是的，确定波长的不确定度只需取Ua，光柵常数由于不是多次测量而不取Ua — 童培雄 2013/03/22 09:36

老师，请问x-L关系图一定要取(0.0)点为坐标轴交点吗？这样作出的图线悬在上半部分求出的斜率将有很大误差，而且实验目的也没有要验证L与x成正比例。 — 蒋心怡 2013/03/22 17:00

x-L关系图不一定要取(0.0)点为坐标轴交点，直线在第一与第三象限。— 童培雄 2013/03/23 21:11

可是我得到的x范围是45-65(mm)L范围是700-900(nm)都是正值，如果不取(0.0)为坐标轴交点直线不可能经过第三象限啊。 — 蒋心怡 2013/03/28 21:04

老师，请问计算光栅常数的不确定度d时用u（x）和u（L）的B类不确定度传递是吧？但是计算时要代入x和L的值，可是有六组数据，该如何代入啊？难道要算出六个u（d）来么？ — 李宇 2013/03/23 21:05

不确定度传递是一种方法。另一种是计算光栅常数平均值（看作多次测量），只求A类。 — 童培雄 2013/03/23 21:14

老师您好！请问在求算光波波长λ和光栅常数d时，有两种方法，一是用公式算出各组实验得到的λ和d的值然后求平均值，二是通过作图求算斜率进而得到λ和d的值，但是我用这两种方法得到的结果有些许不一样，那么是只取其中的一种方法得到的值还是说再将这两个值求一次平均值？谢谢 — 廖智睿 2013/03/28 23:51

二种方法都要算，并比较，讨论。 — 童培雄 2013/03/29 08:52

老师你好！请问我在做实验时，为什么在光屏上的亮斑不在水平线上？（难道是光屏斜了？）还有一个问题，就是在开始调节激光发射器时，很难让激光反射回发射口的同时让激光打在0坐标处？是不是要什么特殊的方法？？谢谢老师 — 梁宵 2013/03/31 09:33

是的，光屏斜了，调节光屏。第二个问题，先粗调光屏水平作图，然后移动光屏，使激光打在光屏的0坐标处，然后，通过转动光屏与调节光屏后面调节螺丝很快使激光反射回发射口中。告示牌上有调节方法。 — 童培雄 2013/04/01 08:32

老师您好！测量波长和光栅常数的数据处理中是否一定要用最小二乘法计算不确定度？我直接对测量量X算a类不确定度，发现特别大，而且感觉这并不是相同条件下的多次测量，计算X的a类不确定度好像没有意义啊？ — 刘通 2013/04/01 21:09

测量波长没有要求用最小二乘法计算不确定度，并且不是相同条件下的多次测量，所以没有要求用a类不确定度公式计算。 — 童培雄 2013/04/01 21:16

那请问一下测量波长时不确定度到底怎么计算呢？是将每一次看成单独测量计算六个不确定度吗？ — 刘通 2013/04/01 21:22

六个不确定度,再用传递公式。 — 童培雄 2013/04/02 20:49

老师您好！请问既然这个实验要求用作图法求值，为何我们不直接在模拟直线的过程中通过最小二乘法求得相应的不确定度，而要将每次单独测得的值得不确定度传递给最终结果呢？ — 郑雯瀚 2013/04/02 12:13

测量波长这个实验没有要求用最小二乘法求得相应的不确定度。也没有要求计算波长的不确定度。当然如果要计算波长的不确定度只能用传递公式。 — 童培雄 2013/04/02 20:51

另外，既然本实验数据量要求不大，为何不直接通过列表法求得值，这样不是更准确？为何还要通过作图来得？因为本土数据点较少且精确度要求较高，作图法得到的误差肯定比直接模拟要大啊？ — 郑雯瀚 2013/04/02 12:29

本实验主要进一步训练作图与计算光栅常数的不确定度。虽然计算数据量不大，但真正作好图也要花费大量时间。所以集中精力把图作好 — 童培雄 2013/04/02 20:57

再问一个问题，对于课后思考第一题，是否当光栅那一面先被入射光照射再经过一层很薄的玻璃层会对实验结果有影响？我推导出来实际光程差比计算光程差偏大，所以波长的计算值比真值偏小？ — 郑雯瀚 2013/04/02 18:01

理论上推导有影响,但实际上在做实验中影响很小。对实验结果的不确定度影响几乎为零. — 童培雄 2013/04/02 21:03

老师您好，
1.该实验中为什么是衍射产生的光斑，而不是干涉？
2.按照教材中的光栅衍射示意图，光斑是由一束平行光通过光栅然后相互叠加形成的，dsinθ=kλ时，是不是因为PB-PA=dsinθ=kλ,透过个透明区的各个透射光的光程差为kλ，所以光的相位相同，所以叠加产生的亮度最大吗？这里似乎有点复杂，我不是很理解。 — 许勇 2013/04/06 13:41

如果要讲清楚这个问题，单靠几句话解决不了。建议查看光学中有关衍射原理书籍。也可看本网站推荐的参考书 — 童培雄 2013/04/06 21:41

老师您好，我正在预习，看了书之后有几个问题想要问一下：
1.在实验中是不是任意的一个L值都能够在光屏上观察到衍射图像？
2.示意图中的那几条光线是不是平行的，如果是平行的话不是应该看不到衍射图像么？如果是不平行的话那么θ对于每一条光线来说不是不同么？ — 12307130195 王凯辉 2013/04/07 15:52

是的，任意的一个L都能够在光屏上观察到衍射图像，但L值太小，测量不确定度增大。这里只是说近似平行，各θ角也近似相等。其实各θ角差别很小很小，但由于受到纸张大小（篇幅）的限制，示意图中各θ角画得有些差别，几条光线也不平行的。 — 童培雄 2013/04/08 15:09

老师您好，我看了之前同学的问题，在关于计算光栅常数的不确定度上还是有疑问。
1.一共6次测量但不是在相同条件下，是不是不应该计算Ua？（之前回答里有老师说不用，也有老师说只算A类）
2.如果需要计算B类，那么是否分为B1和B2？在计算B1时，不确定度应该如何选取？ — 郭嘉洁 2013/04/11 23:46

测量波长时，不计算不确定度。测量光栅常数时，A，B类不确定度都要计算。 — 童培雄 2013/04/12 08:44

老师，为什么光学书上的多缝傅朗禾衍射装置中，在光栅和光屏之间还有个凸透镜？貌似书上在推导强度分布的时候，没有提到透镜 — 王国栋 2013/04/17 12:18

两个平行光永远不会相交。所以要用透镜聚焦。但实际情况两个平行光不是严格的平行光，当屏与激光距离很大时 ，也会相交。 — 童培雄 2013/04/18 09:32

还有一个问题，公式1（dsinθ=kλ）不是干涉因子的极大值位置么，为什么之前有的问题（亮点是干涉形成的吗）中老师却说不是干涉是衍射 — 王国栋 2013/04/17 13:00呢

建议看物理书中的多缝干涉，光栅原理。 — 童培雄 2013/04/18 09:32

1)一个关于作图的问题,在测量激光波长这个实验中,量取了K=±1,±2,±3六组数据,做出了sinθ-K的图像,去点求斜率时,K应该取非整数是吗?谢谢 — 李砚业 2013/05/01 15:18
2)在测量光栅常数d时,使用了sinθ=X/L这一近似,而事实上在改变L的过程中,并没有确保L»X这样是不是会影响准确度? — 李砚业 2013/05/01 15:22
3)求出光栅常数d后,在计算不确定度u(d)时,我依次算出了6个d的不确定度,请问是不是应该这么计算? 或者应该按照多次测量计算?(但试过之后觉得数据很奇怪..) — 李砚业 2013/05/01 15:28

第一个问题：是的，K可以取非整数。第二个问题：当K=1时，使用本光栅已经满足L»X。第三个问题：这二种方法都可以计算不确定度u(d)。 — 童培雄 2013/05/04 10:15

老师您好，我在计算光栅常数的不确定度时出现问题。计算出的d的平均值为1.00*10^-3mm，但计算的不确定度纸有0.003*10^-3mm（只计算了第一类不确定度u(A)）。这可能是由于实验时计算的每一个d值都只保留三位有效数字所致（所以平均值有三位有效数字）。请问这是否合理？如果这不合理，是否意味着需要计算B2类不确定度？抑或是这个实验根本就不是多次测量？是否需要在计算每一个d时多保留以为数字（视作中间变量）？如果合理，又如何表示d(平均值)呢？（报告已交） — 刘亦通 2013/05/14 22:54

重新计算，多保留一位. — 童培雄 2013/05/15 08:47

老师，我做观察护眼灯的实验时，只能看到红蓝绿三个三原色的条纹，请问这是什么原因？ — 刘宜沁 2013/05/17 11:05

可能有些颜色亮度比较暗，看不清。所以至少看出三种颜色 — 童培雄 2013/05/17 13:49

老师在计算不确定度时，当计算Ub2(x)时，请问其a值为多少？—张姝菡 2013/05/26 11:10

如果直接计算光栅常数的不确定度，则B2类不确定度不计算。如果要考虑B2类不确定度，则要分别计算L，X的不确定度（这里可以计算L与X的B2类不确定度），然后通过传递公式得光栅常数的不确定度。 — 童培雄 2013/05/26 13:13

老师您好。我在预习实验时注意到，在补充讲义的第一段介绍部份似乎有一点小问题。关于DNA的X光衍射图的拍摄者，似乎弄错了。原谅我在这里贴一个连接。
http://baike.baidu.com/view/417631.htm — 12307110402(王思阳) 2013/06/12 19:53

补充讲义的第一段介绍部份不是我写的，但我会查证一下，欢迎同学提出宝贵意见 — 童培雄 2013/06/14 17:54

嗯嗯。好的。 — 12307110402(王思阳) 2013/06/14 21:07

谢谢王思阳同学，下学期讲义中将删除“首先”两字 — 童培雄 2013/06/19 14:45

嗯嗯。谢谢老师。这段历史确实不大好叙述，能删掉＂首先＂也是蛮好的。 — 12307110402(王思阳）2013/06/19 18:08

老师您好，平行光射入光栅以后是由透镜聚焦的吗？崔宇童13301050272 — 崔宇童 2013/09/23 18:10

是的，平行光射入光栅以后，由透镜聚焦，否则不会聚在一点上。但实际上（实验中）使用的光源不是真正平行光，当光源与光屏相距较远时，不用透镜也会聚在（屏上）一点上 — 童培雄 2013/09/23 21:25

老师您好，我看了上面的提问，大部分是关于光栅常数d的不确定度。在3月23号的回答中，您说求d的不确定度的方法之一是将其看做多次测量，只求A类不确定度；但是在4月12号的回答中又说到A,B类不确定度都要求。那么应该以哪种为准？如果要求b2类不确定度，是否应该求出六组数据对应的ub2(d),而后取平均值？X值是自光屏刻度读出，其不确定度限值是多少？谢谢老师，辛苦了。 — 杨默然 2013/09/24 13:52

光学实验中相对A类，一般B类很小，所以也可以不计算。谢谢你的提醒，今后统一B类不计算（没有看到，今补上，抱歉） — 童培雄 2013/10/09 13:10

老师您好。在用最小二乘法算出波长后，波长的不确定度用传递公式计算吗？d的不确定度是多少？吕颖琛 2013/09/24 14:43

作图得波长。不要求最小二乘法。 — 童培雄 2013/09/25 08:24

老师，我是上周做的实验，那时候您说测完光栅常数d后会把波长的准确值告诉我们，但是后来好像忘记了。请问老师准确值是多少？ — 陈晗 2013/10/04 09:49

波长的准确值写在实验室黑板上，652nm。 — 童培雄 2013/10/07 08:39

老师您好，我上周做实验时发现，光屏上的点不在同一条直线上，而是在两端略低，中间稍稍向上凸起的一条弯曲的线上，这是仪器问题吗？还是另外的操作不当？— 刘珏 2013/10/06 20:06

这是光没有垂直照射在光栅上（根据衍射光点中间高，两端低推测：有可能是光栅垂直方向上倾斜）。如果光栅调节好，也有可能光栅玻璃两平面不平行。 — 童培雄 2013/10/07 10:00

老师，我做实验时发现将光栅竖直方向倾斜（不是所推公式的那种仍竖直的倾斜），光屏上的点成一条弧线，中间高两边低。我查阅资料后发现了一个公式，附在报告上，不知可否解释，这与老师解释另一问题说的光栅玻璃平面不是平行的有关吗— 冯笑寒 2013/10/07 07:44

很好，公式可否写在这里，供大家参考？ — 童培雄 2013/10/07 08:42

老师您好，我在观察日光灯时看到了黄色和紫色的条纹，但是舍友说您说只能观察到红蓝绿三个条纹，黄色条纹是钠灯的光，请问确实是这样子吗？而且我看到的K=0级条纹微微发黄，是否也是钠灯的原因呢？ — 吴恩静 2013/10/11 17:06

首先要说的是我们看到是护眼灯的光谱线。第二没有说看到三个光谱线，应是三个以上。 — 童培雄 2013/10/12 17:16

老师您好，在计算时我觉得保留位数的时候好纠结，我到底应该按什么原则保留位数？数据处理课上讲的好像根本不够，比如，D的位数，sinΘ的位数 — 胡艳 2013/10/19 10:06

还有，为什么零级衍射光斑的左右两侧光斑不对称？ — 胡艳 2013/10/19 13:35

保留位数以测量精度而定，计算结果位数有不确定度决定。左右两侧光斑不对称是因为光没有垂直照射在光栅上，或光栅与屏不平等 — 童培雄 2013/10/20 21:52

老师您好，我不明白光栅的光程差为什么dsinx（原谅我不知道怎么写希腊字母…就是衍射角）？我觉得不应该是d/sinx(1-cosx)么？ — 蔺璐奕 2013/10/19 19:18

见书中原理图。你的公式如何得到？

老师，请问在测定光栅常数时，改变激光器到光屏的位置会不会影响实验结果？我实验过程中就改变了激光器位置，结果作图计算光栅常数时有较大的偏差，但单个运算取平均值就和标准值较为接近，请问两者是否有关联？ — 黄宇璐 2013/10/19 23:19

只要保证激光垂直入射到光栅上，激光与光屏垂直，光栅到光屏距离不变就没有影响。 — 童培雄 2013/10/20 21:54

老师您好，请问在作光栅实验图的过程中是可以使用绘图软件的吧？ — 王海 2013/10/28 20:42

按规定：除做作业时只能用手工作图，其他（实验）可以使用绘图软件，但最好用手工作图。 — 童培雄 2013/10/29 20:16

老师您好。我发现在做激光斜入射光栅的实验时，衍射斑的强度下降得特别快，比垂直入射时要快，请问是为什么？ — 周易铖 2013/11/09 18:26

好像看不到此现象？以后可进实验室再观察。 — 童培雄 2013/11/12 19:11

老师您好！想请问一下用光栅看护眼灯的时候，为什么发现不同颜色中间是分立的，即有无光的间隔区域？难道可见光的衍射不应是连续的吗？ — 周穆如 2013/12/25 18:09

说明护眼灯发出的可见光不是每一个波长都有的光。 — 童培雄 2013/12/26 14:50

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