4　实验：用双缝干涉测量光的波长 (2)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,S,1,、,S,2,的连线的中垂线与屏的交点为,P,0,，双缝到屏,的距离,OP,0,=,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,(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,5,10 cm,，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,a,1,，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,a,2,，将该条纹记为第,n,条亮纹，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,5,10 cm,。,(4),调节的基本依据,:,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。,类型一 实验装置与原理,【典例,1,】,(,多选,),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。,类型二 实验数据处理,【典例,2,】,(2018,保定高二检测,),用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离,d=0.20 mm,，双缝到毛玻璃屏间的距离,L=75.0 cm,，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第,1,条明条纹，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图戊所示，则游标卡尺的读数,x,1,=_ mm,，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第,5,条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图己所示，则游标卡尺的读数,x,2,=_ mm,，由以上已知数据和测量数据，该单色光的波长是,_mm,。,【正确解答】,图戊的示数主尺为,0 mm,；游标尺的第,3,刻,度与上面对齐，读数为,0.13 mm=0.3 mm,，总读数为,0.3 mm,；图己的示数主尺为,9 mm,；游标尺的第,6,刻度与,上面对齐，读数为,0.16 mm=0.6 mm,，总读数为,9.6 mm,。根据,x=,得，,=,=6.210,-4,mm,。,答案,:,0.3,9.6,6.210,-4,类型三 实验操作与,误差分析,【典例,3,】,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。,(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,5,10 cm,；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,5,10 cm,使单缝与双缝相互平行,