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4实验:用双缝干涉测量光的波长,【实验目的】1.理解双缝干涉的原理,能安装和调试仪器。2.掌握明条纹(或暗条纹)间距的计算公式及推导过程。3.观察双缝干涉图样,掌握实验方法。,【实验原理】1.相邻明纹(或暗纹)间的距离x与入射光波长之间的定量关系:,如图所示,双缝间距d,双缝到屏的距离l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P,两缝与P的距离PS1=r1,PS2=r2。在线段PS2上作PM=PS1,则S2M=r2-r1,因dl,三角形S1S2M可看作直角三角形。有:r2-r1=dsin(令S2S1M=),因为xltanlsin由得r2-r1=若P处为亮纹,则=k(k=0,1,2),解得:x=(k=0,1,2),相邻两亮纹或暗纹的中心间距:,2.干涉图样的获得:光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝后产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹,如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。,3.光的波长的测定:若双缝到屏的距离用l表示,双缝间的距离用d表示,相邻两条亮纹间的距离用x表示,则入射光的波长为实验中d是已知的,测出l、x即可测出光的波长。,4.测量x的方法:测量头由分划板、目镜、手轮等构成,如图甲所示,测量时先转动测量头,让分划板中心刻线与干涉条纹平行,然后转动手轮,使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐,记下此时读数,再转动手轮,用同样的方法测出n个亮纹间的距离a,则可求出相邻两亮纹间的距离,【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。,【实验过程】一、实验步骤1.按照如图所示的装置安装好仪器,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。(也可直接用双缝干涉仪),2.放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样。,3.在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。4.用米尺测出双缝到屏幕的距离l。5.安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。,6.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,记下手轮上的刻度数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条相邻的明条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离7.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。,二、数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,根据已知的d,由公式计算波长。重复测量、计算,求出波长的平均值。,【实验探究】1.根据改变什么条件可以增大相邻亮条纹的距离以便于测量?在你的实验器材中,哪些条件容易改变,哪些难以改变?提示:据知,要增大相邻亮纹间的距离x,可以通过(1)减小双缝间距离d,(2)增大双缝到屏的距离l,(3)增大光的波长。(1)(3)容易改变,(2)难以改变。,2.白光是复色光,是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光复合而成的,从红到紫七种单色光的波长越来越短。(1)在实验中,若用白光作光源,得到的干涉图样有什么特点?(2)中央亮纹为什么是白色?(3)其他亮纹中为什么红色在最外侧,紫色在最内侧?,提示:(1)若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央亮纹是白色的。(2)从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹,各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。(3)两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红色光的亮条纹间的宽度最大,红色在亮纹的最外侧,紫色光的亮条纹间的宽度最小,紫色在亮纹的最内侧,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样就形成了彩色干涉条纹。,3.在用双缝干涉测量光的波长的实验中,如何测量相邻条纹之间的间距x?提示:相邻两条纹间距x是两条纹中心间的距离,这个距离比较小,如果直接测量则误差太大,可以先测出n个条纹间的距离a,然后取平均值求出x,即x=,则有利于减小测量误差。,类型1实验器材的安装与使用【典例1】(多选)某同学在做“双缝干涉实验”时,按装置图安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于()A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大B.没有安装滤光片C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强,【解析】选A、C。安装实验器件时要注意:光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合,光源与光屏正面相对,滤光片、单缝和双缝要在同一高度,中心位置在遮光筒轴线上,单缝与双缝要相互平行,才能使实验成功。当然还要使光源发出的光束不致太暗。据以上分析,可知选项A、C正确。,类型2数据处理【典例2】(2018温州高二检测)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,选用红色滤光片和间距为0.20mm的双缝,双缝与屏的距离为600mm,某同学正确操作后,在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹,换成紫色滤光片正确操作后,使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐,在目镜中观测到的是图乙中的(填字母),此时测量头的读数为25.70mm。沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k+5级暗条纹中心对齐,此时测量头标尺如图丙所示,其读数是mm,紫光的波长等于nm。,【解析】换上紫光滤光片后,由干涉条纹间距可知,其他条件不变情况下,间距变密,分划板刻线应该在正中央,所以为D。根据游标卡尺读数为19.40mm。平均条纹间隔x=mm=1.26mm,所以紫光的波长为=m=4.210-7m=420nm。答案:D19.40420,类型3创新实验设计【典例3】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。,(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”)。(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)在狭缝间的距离和狭缝与屏的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)实验时观察到光屏上呈现明暗相间的条纹,试运用波动理论对明纹的形成予以解释。答:。,【解析】(1)根据知,d越小,x越大;(2)l越大,x越大;(3)红色光的波长长,蓝色光的波长短,根据知,用蓝色光照射条纹间距比用红色光小;(4)同一色光透过双缝的光形成相干光源,在光屏相遇,有的区域光振动加强,有的区域光振动减弱,光振动加强区域呈现明纹。答案:(1)越大(2)越大(3)小(4)见解析,
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