1、4 实验:用双缝干涉测量光的波长,【实验目的】 1.观察不同单色光的双缝干涉图样。 2.观察双缝距离不同时的干涉图样。 3.掌握用公式x= 测定单色光的波长的方法。,【实验原理】 如图所示,与两缝之间的距离d相比,每个狭缝都很窄,宽度可以忽略。,两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0,双缝到屏 的距离OP0=l。相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是 x= 。 已知双缝间距d,再测出双缝到屏的 距离l和条纹间距x,就可以求得 光波的波长。,【实验器材】 双缝干涉仪,即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头。另外,还有学生电源、导线、刻度尺等。,【实验过程】 一、实验步骤
2、(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示。,(2)接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。 (3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 (4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,两者间距510cm,这时可观察白光的干涉条纹。,(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。,二、数据处理 (1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。 (2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手 轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮纹;转动手轮,使分 划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮 上的读数a2,将该条纹记为第n条亮纹
3、,则相邻两亮条纹 间距x=| |。,(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。 (4)重复测量、计算,求出波长的平均值。,【误差分析】 (1)光波的波长很小,x、l的测量对波长的影响很大。 (2)在测量l时,一般用毫米刻度尺;而测x时,用千分尺且采用“累积法”。 (3)多次测量求平均值。,【注意事项】 (1)双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。 (2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸轻轻擦去。,(3)安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且竖直,间距大约510cm。 (4)调节的基
4、本依据:照在像屏上的光很弱。主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。,(5)测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。 (6)光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行靠近。,热点一 实验装置与原理 【典例1】(多选)(2018济宁高二检测)利用图中装置研究双缝干涉现象时,有下面几种说法,其中正确的是 ( ),A.将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄 B.将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变宽 C.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽 D.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄 E.去掉滤光片后,干涉现象消
5、失,【正确解答】选A、B、D。由条纹间距公式x= 可知:当将屏移近双缝时,屏与双缝间的距离l减小,条纹 间距x变窄,故选项A正确;将滤光片由蓝色的换成红 色的,由于红色的波长大,所以条纹间距x变宽,故选 项B正确;将单缝向双缝移动一小段距离后,对条纹间距 x没有影响,故选项C错误;当两双缝间距离d增大时,条纹间距x变窄,故选项D正确;滤光片的作用是为了得到单色光,去掉滤光片后,干涉条纹成为彩色条纹,故选项E错误。,热点二 实验数据处理 【典例2】某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图甲所示,激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒,感光片的位置上出
6、现一排等距的亮点,图乙中的黑点代表亮点的中心位置。,(1)这个现象说明激光具有_性。 (2)通过测量相邻亮点的距离可算出激光的波长,据资 料介绍,如果双缝的缝间距离为a,双缝到感光片的距离 为L,感光片上相邻两亮点间的距离为b,则激光的波长 =_。该同学测得L=1.0000 m、缝间距 a=0.220 mm,用带十分度游标的卡尺测感光片上的亮点 的距离时,尺与亮点的中心位置如图乙所示。(图中黑,点表示亮点的中心)图乙中第1到第4个光点的距离是_mm。实验中激光的波长=_m。(保留两位有效数字) (3)如果实验时将红激光换成蓝激光,屏上相邻两光点间的距离将_。,【正确解答】(1)激光能够发生干涉
7、,说明激光具有波 动性。 (2)由x= 可得=x ,将d=a,x=b代入可 得= ;图乙中游标卡尺是10个等分刻度,精确度为 0.1 mm,读数为8 mm+0.15 mm=8.5 mm;故b= mm =2.83mm,所以= =6.210-7m。,(3)将红激光换成蓝激光后波长变短,由x= 可知, 屏上相邻两光点间的距离x将变小。 答案:(1)波动 (2) 8.5 6.210-7 (3)变小,热点三 实验操作与误差分析 【典例3】(2018西安高二检测)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装置,用以测量红光的波长。,
8、(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。 (2)本实验所用的滤光片应选用_色滤光片,实验时需要测量的物理量是_和_。,(3)本实验的步骤有: 取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮; 按合理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线上; 用米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(暗)条纹间的距离。在操作步骤时还应注意_ _和_。,【正确解答】(1)滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是获取线光源,双缝屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏上,所以排列顺序为:C、E、D、B、A。 (2)红色滤光片能透过红光,而吸收其他颜色的光,所以应选用红色滤光片。根据实验原理,实验时需要测量的物理量有:双缝到屏的距离和n条亮(暗)条纹的距离。,(3)在操作步骤时应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使单缝与双缝相互平行,且单缝、双缝距离为510cm;要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上。,答案:(1)E、D、B (2)红 双缝到屏的距离 n条亮(暗)条纹的距离 (3)单缝和双缝间距为510cm 使单缝与双缝相互平行,
