1、实验16 用双缝干涉测光的波长,-2-,一、实验目的 1.观察单色光的双缝干涉图样。 2.测定单色光的波长。 二、实验原理 如图甲所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,这时单缝S相当于一个单色光源,衍射光波同时到达双缝S1和S2之后,再次发生衍射,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1、S2到屏上P点的路程分别为r1、r2,两列光波传到P的路程差r=|r1-r2|,设光波波长为。,-3-,(1)若r=n(n=0,1,2,),两列波传到P点互相加强,P点出现明条纹。 (2)若r=(2n+1) (n=0,
2、1,2,),两列波传到P点互相减弱,P点出现暗条纹。 这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2明暗相间的干涉条纹。相邻两条明(暗)条纹间的距离x与入射光波长、双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为x= ,因此,只要测出x、d、l即可测出波长。,-4-,两条相邻明(暗)条纹间的距离x用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如图乙所示。转动手轮,分划板会左右移动。测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如图丙所示),记下此时手轮上的读数为a1;再转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时,记下手轮上的读数a2,两次读数之差就是这两条相邻条纹间
3、的距离,即x=|a1-a2|。,-5-,三、实验器材 光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 四、实验步骤 1.安装仪器。(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 (2)接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光。调节各部件的高度,使光源发出的光能沿轴线到达光屏。 (3)安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝的缝平行。,-6-,2.观察与记录。 (1)调单缝与双缝间距为510 cm时,观察白光的干涉条纹。 (2)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。 (3)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上
4、的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条明条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2,则相邻两条纹间的距离x= 。 (4)换用不同的滤光片,测量其他色光的波长。 五、数据处理,-7-,六、注意事项 1.调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。 3.调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。 4.不要直接测x,要测几个条纹的间
5、距,计算得x,这样可以减小误差。 5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。,-8-,考点一,考点二,实验原理与操作 例1现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置,用以测量红光的波长。 (1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、 、 、 、A。,-9-,考点一,考点二,(2)本实验的步骤有: 取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮; 按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴
6、线上; 用刻度尺测量双缝到屏的距离; 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤时还应注意 和 。,答案,解析,-10-,考点一,考点二,例2在观察光的干涉现象的实验中,将两片刀片合在一起,在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝;按如图所示的方法,让激光束通过自制的双缝,观察在光屏上出现的现象。(1)保持缝到光屏的距离不变,换用不同间隙的双缝,双缝的间隙越小,屏上明暗相间的条纹间距 (选填“越大”或“越小”)。,-11-,考点一,考点二,(2)保持双缝的间隙不变,光屏到缝的距离越大,屏上明暗相间的条纹间距 (选填“越大”或“越小”)。 (3)在双缝间的距离和双缝与屏的
7、距离都不变的条件下,用不同颜色的光做实验,发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时 (选填“大”或“小”)。 (4)在该实验中,若所用激光的波长为5.3010-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.8510-6 m,则在这里出现的应是 (选填“亮条纹”或“暗条纹”)。,答案,解析,-12-,考点一,考点二,实验数据处理 例3(1)(多选)下图是用双缝干涉测光波波长的实验示意图,图中是光源、是滤光片、是单缝、是双缝、是光屏。下列操作能增大光屏上相邻两亮条纹之间距离的是( )A.增大和之间的距离 B.增大和之间的距离 C.将绿色滤光片改成红色滤光片 D.增大双缝之间的距
8、离 (2)如果将灯泡换成激光光源,该实验照样可以完成,这时可以去掉的部件是 (填数字代号)。,-13-,考点一,考点二,(3)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹,读出手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第10条亮条纹,读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是 mm(结果保留三位有效数字)。 (4)在(3)前提下,如果已经量得双缝的间距是0.30 mm,双缝和光屏之间的距离是900 mm,则待测光的波长是 m(结果保留三位有效数字)。,答案,解析,-14-,考点一,考点二,规律总结用双缝干涉测光的波长问题的解决方法 (1)明确双缝干涉条纹间距公式x=
9、中各物理量的意义,其中x是相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心间距,d是双缝之间的距离,l是双缝到屏的距离,为光的波长。 (2)熟记求解相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离的公式x= 中各物理量的意义。 a1是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮纹,a2是转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,并将该条纹记为第n条亮纹。,-15-,考点一,考点二,(4)将各物理量统一为国际单位制代入求解。,-16-,1.用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间的距离d的大小恰好是图丁中游标卡尺的读数;双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图丙中的毫米刻
10、度尺读出;实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮,把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示),并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示),然后转动手轮,把分划线向右移动,直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示),由以上测量数据求该单色光的波长。(结果保留两位有效数字),-17-,答案,解析,-18-,2.在用双缝干涉测光的波长的实验中,实验装置如图甲所示。(1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点: A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置 B.干涉条纹与双缝垂直 C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 D.干涉条纹的间距与光的波长有关
11、 以下几点中,你认为正确的是 。,-19-,(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图乙所示,该读数为 mm。 (3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距x时,测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。,-20-,解析：(1)为了获得清晰的干涉条纹,A正确。由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行,B错误。干涉条纹的间距x= 与单缝宽度无关,C错误,D正确。 (2)手轮的读数为0.5 mm+20.00.01 mm=0.700 mm。 (3)条纹与分划板不平行时,实际值x实=x测cos ,为条纹与分划板的夹角,故x实x测。 答案：(1)AD (2)0.700 (3)大于,
