13.4实验用双缝干涉测量光的波长

1、第第4节节 实验实验:用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长 1 共 39 页 2 一、实验目的一、实验目的 观察白光、单色光的干涉图样，测定单色光的波长观察白光、单色光的干涉图样，测定单色光的波长 二、实验原理二、实验原理 双缝干涉条纹间距公式双缝干涉条纹间距公式x 三、实验器材三、实验器材 双缝干涉仪双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、 遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻、学生电源、导线、刻 度尺度尺 三三 实验器材实验器材 光源光源 滤光片滤光片 单缝遮光筒单缝遮光筒 光屏及光具座光屏及光具

2、座,如下图所示如下图所示. 共 39 页 3 四四 实验过程实验过程 1.观察光的干涉图样观察光的干涉图样 (1)按照上图所示的装置安装好仪器按照上图所示的装置安装好仪器. (2)接通电源接通电源,闭合开关闭合开关,使灯丝正常发光使灯丝正常发光. (3)调整各器件的高度调整各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光 屏屏. (4)安装单缝和双缝安装单缝和双缝,中心大致位于遮光筒的轴线上中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与使双缝与 单缝平行单缝平行,两者之间距离约为两者之间距离约为5 cm10 cm,这时可观察白光这时可观察白光 的干涉条纹的干涉条纹. (5)

3、在单缝和光源之间放上滤光片在单缝和光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹观察单色光的干涉条纹. 共 39 页 4 共 39 页 5 15 20 5 100 20 25 15 图（丙） 第第1 1条时读条时读 数数 第第4 4条时读条时读 数数 15 20 5 100 30 35 40 45 图（乙） 螺旋测微器螺旋测微器 三、测定单色光的波长三、测定单色光的波长 (1)安装好测量头安装好测量头 调节至可清晰观察到干涉条纹调节至可清晰观察到干涉条纹. 共 39 页 6 X X X X XX (2)条纹间距用测量头测出条纹间距用测量头测出,如图测量头由分划板如图测量头由分划板,目镜目镜,手轮等手

4、轮等 构成构成,转动手轮转动手轮,分划板会左右移动分划板会左右移动,测量时应使分划板中心测量时应使分划板中心 刻线对齐某条亮条纹中心刻线对齐某条亮条纹中心,记下此时手轮上的读数记下此时手轮上的读数a1,转动转动 手轮手轮,使分划板中心刻线移至另一条亮条纹中央使分划板中心刻线移至另一条亮条纹中央,记下此时记下此时 手轮的读数手轮的读数a2;并记下两次测量的亮并记下两次测量的亮(或暗或暗)条纹数条纹数n.则相邻则相邻 两条亮两条亮(或暗或暗)条纹间距条纹间距 21 | . 1 aa x n 共 39 页 7 (3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l. (4)将将l x代

5、入公式代入公式 求出光的波长求出光的波长. (5)重复测量重复测量,计算计算,求出波长的平均值求出波长的平均值. (6)换用不同颜色的滤光片换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹的异同观察干涉条纹的异同,求出相应的求出相应的 波长波长. 共 39 页 8 , l x d 共 39 页 9 一、注意事项一、注意事项 1放置单缝和双缝时，必须使缝平行放置单缝和双缝时，必须使缝平行 2要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心 在同一条轴线上在同一条轴线上 3测量头的中心刻线要对应着亮测量头的中心刻线要对应着亮(或暗或暗)纹的中心纹的中心 4要多测几个亮纹要多测

6、几个亮纹(或暗纹或暗纹)中心间的距离，再求中心间的距离，再求x. 5调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要调节的基本依据是：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原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴 所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平 行行 核心要点突破核心要点突破 共 39 页 10 二、误差分析二、误差分析 1(1)测双缝到屏的距离测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用带来的误差，可通过选用 mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误 差差 (2)通

7、过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差 2测条纹间距测条纹间距x带来的误差带来的误差 (1)干涉条纹没有调到最清晰的程度干涉条纹没有调到最清晰的程度 (2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰 好位于条纹中心好位于条纹中心 (3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确测量多条亮条纹间距离时读数不准确 典典 例例 分分 析析 一一 实验仪器的选择与使用实验仪器的选择与使用 例例1:用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪实验中采用双缝干涉仪,它包括它包括 以下元件以下元件: A.白炽灯白炽灯

8、B.单缝片单缝片 C.光屏光屏 D.双缝双缝 E. 滤光片滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上其中双缝和光屏连在遮光筒上) 共 39 页 11 (1)把以上元件安装在光具座上时把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序正确的排列顺序 是是:A_(A已写好已写好). (2)正确调节后正确调节后,在屏上观察到红光干涉条纹在屏上观察到红光干涉条纹,用测量头测出用测量头测出10 条红亮纹间的距离为条红亮纹间的距离为a;改用绿色滤光片改用绿色滤光片,其他条件不变其他条件不变,用用 测量头测出测量头测出10条绿亮纹间的距离为条绿亮纹间的距离为b,则一定有则一定有_大大 于于_. EBDC a b 二二 实验

9、过程和数据处理实验过程和数据处理 例例2:在在“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”的实验中的实验中,装置如下图所示装置如下图所示. 双缝间的距离双缝间的距离d=3 mm. 共 39 页 12 (1)若测定红光的波长若测定红光的波长,应选用应选用_色的滤光片色的滤光片.实验时实验时 需要测定的物理量有需要测定的物理量有:_和和 _. 红红 双缝到屏的距离双缝到屏的距离L n条亮条亮(或暗或暗)条纹的距离条纹的距离a (2)若测得双缝与屏之间距离为若测得双缝与屏之间距离为0.70 m,通过测量头通过测量头(与螺旋与螺旋 测微器原理相似测微器原理相似,手轮转动一周手轮转动一周,分划板前进或后

10、退分划板前进或后退0.500 mm)观察到第观察到第1条亮纹的位置如下图条亮纹的位置如下图(a)所示所示,观察第观察第5条亮条亮 纹的位置如下图纹的位置如下图(b)所示所示.则可求出红光的波长则可求出红光的波长 =_m.(保留一位有效数字保留一位有效数字) 共 39 页 13 710-7 解析解析:(1)若测定红光的波长若测定红光的波长,应用红光进行干涉实验应用红光进行干涉实验,即选用即选用 红色滤光片红色滤光片,这样通过滤光片的就只有红光这样通过滤光片的就只有红光,实验双缝到屏实验双缝到屏 的距离的距离L n条亮条亮(或暗或暗)条纹的距离条纹的距离a. (2)图中图中(a)的示数为的示数为0

11、,(b)图示数为图示数为0.650 mm. 共 39 页 14 3 7 3 x,7 10 m. 0.650 0.163. 5 1 0.163 103 10 0.70 mm Lx d dL x则 由得 梯梯 度度 练练 习习 (学生用书学生用书P55) 基础强化基础强化 1.某同学做双缝干涉实验时某同学做双缝干涉实验时,按要求安装好实验装置后按要求安装好实验装置后,在光在光 屏上却观察不到干涉图样屏上却观察不到干涉图样,这可能的原因这可能的原因( ) A.光源发出的光束太强光源发出的光束太强 B.单缝与双缝不平行单缝与双缝不平行 C.没有安装滤光片没有安装滤光片 D.光束的中心轴与遮光筒的轴线不

12、一致光束的中心轴与遮光筒的轴线不一致,相差较大相差较大 答案答案:BD 共 39 页 15 2.“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”的实验中的实验中,为使光屏上单色光的为使光屏上单色光的 条纹间距减小些条纹间距减小些,可采用的措施是可采用的措施是( ) A.换用缝距大些的双缝片换用缝距大些的双缝片 B.换用缝距小些的双缝片换用缝距小些的双缝片 C.适当调大双缝与屏之间的距离适当调大双缝与屏之间的距离 D.适当调小双缝与屏之间的距离适当调小双缝与屏之间的距离 答案答案:AD 共 39 页 16 3.在利用测量头测量条纹宽度时在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线最好应使分划板中心

13、刻线最好 ( ) A.与亮条纹的边缘对齐与亮条纹的边缘对齐 B.与暗条纹的边缘对齐与暗条纹的边缘对齐 C.与亮条纹的中心位置对齐与亮条纹的中心位置对齐 D.与暗条纹的中心位置对齐与暗条纹的中心位置对齐 答案答案:C 共 39 页 17 4.在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,双缝的作用是双缝的作用是( ) A.遮住过于强烈的光遮住过于强烈的光 B.使白光变成单色光使白光变成单色光 C.形成两个振动情况相同的光源形成两个振动情况相同的光源 D.使光发生折射使光发生折射 答案答案:C 共 39 页 18 5.右图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样右图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样,甲图为用光甲图

14、为用光 甲进行实验的图样甲进行实验的图样,a为中央亮条纹为中央亮条纹.乙为换用另一种单色光乙为换用另一种单色光 乙进行实验的图样乙进行实验的图样,a为中央亮条纹为中央亮条纹,则以下说法正确的是则以下说法正确的是 ( ) A.乙图条纹较宽乙图条纹较宽,光乙的波长比光甲波长长光乙的波长比光甲波长长 B.乙图条纹较窄乙图条纹较窄,光乙的波长比光甲波长长光乙的波长比光甲波长长 C.乙图的条纹较宽乙图的条纹较宽,光乙的波长比光甲短光乙的波长比光甲短 D.乙图的条纹较窄乙图的条纹较窄,光乙的波长比光甲短光乙的波长比光甲短 共 39 页 19 :, x,A. l d 解析 由图可知 乙图的条纹宽度比甲图条纹

15、宽 根据可知光乙的波长较大 故 选项正确 答案答案:A 能力提升能力提升 6.某次实验中某次实验中,测得第一级明条纹和第三级明条纹相距测得第一级明条纹和第三级明条纹相距 4.010-2 m,若双缝间距为若双缝间距为0.1 mm,缝到屏的距离为缝到屏的距离为L=4.0 m, 则光波的波长为则光波的波长为( ) A.8.010-8 m B.5.010-7 m C.1.510-8 m D.1.610-8 m 共 39 页 20 7 :x,5 10 m. Lx d dL 解析 由代入数据得 答案答案:B 7.如下图所示如下图所示,在在“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”的实验中的实验中,光具光

16、具 座上放置的光学元件有光源座上放置的光学元件有光源 遮光筒和其他元件遮光筒和其他元件,其中其中a、 b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的各装置的名称依次是下列选项中的( ) 共 39 页 21 A.a单缝单缝 b滤光片滤光片 c双缝双缝 d光屏光屏 B.a单缝单缝 b双缝双缝 c滤光片滤光片 d 光屏光屏 C.a滤光片滤光片 b单缝单缝 c双缝双缝 d光屏光屏 D.a滤光片滤光片 b双缝双缝 c单缝单缝 d 光屏光屏 解析解析:a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片各装置的名称分别为滤光片 单缝单缝 双缝双缝 光屏光屏, 故故C正确正确. 答案答案:C (1)图乙中游标卡尺的示数为图乙中

17、游标卡尺的示数为_cm. (2)图丁中游标卡尺的示数为图丁中游标卡尺的示数为_cm. (3)所测光波的波长为所测光波的波长为_m(保留两位有效数字保留两位有效数字). 共 39 页 22 1.250 1.775 6.610-7 8.某同学在做某同学在做“双缝干涉测定光的波长双缝干涉测定光的波长”实验时实验时,第一次分划板中心刻度线第一次分划板中心刻度线 对齐第对齐第2条亮纹的中心时条亮纹的中心时(如下图甲中的如下图甲中的A),游标卡尺的示数如下图乙所示游标卡尺的示数如下图乙所示,第第 二次分划板中心刻度线对齐第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时条亮纹的中心时(如图丙中的如图丙中的B),

18、游标卡尺的游标卡尺的 示数如图丁所示示数如图丁所示.已知双缝间距已知双缝间距d=0.5 mm,双缝到屏的距离双缝到屏的距离L=1 m.则则: 解析解析:(1)图乙中游标卡尺是图乙中游标卡尺是20个分度个分度,精确度精确度0.05 mm,读数为读数为 12 mm+0.0510=12.50 mm=1.250 cm. (2)图丁中读数为图丁中读数为17 mm+0.0515=1.775 cm 共 39 页 23 23 77 3 (1.775 1.250) 10 x,x 6.562 10 0.5 10 5 1 m6.6 10 m 1 Ld dL 由可得 9.用氦氖激光器进行双缝干涉实验用氦氖激光器进行双

19、缝干涉实验,已知使用的双缝间距离已知使用的双缝间距离 d=0.1 mm,双缝到屏的距离双缝到屏的距离L=6.0 m,测得屏上干涉条纹中相邻测得屏上干涉条纹中相邻 亮纹的间距是亮纹的间距是3.8 cm,氦氖激光器发出的红光的波长氦氖激光器发出的红光的波长是多少是多少? 假如把整个装置放入折射率是假如把整个装置放入折射率是 的水中的水中,这时屏上的条纹间距这时屏上的条纹间距 是多少是多少? 共 39 页 24 4 3 解析解析:由条纹间距由条纹间距x,双缝间距离双缝间距离d,双缝到屏的距离双缝到屏的距离L及波长及波长的关系的关系,可测波长可测波长. 同理同理,知道水的折射率知道水的折射率,可知该光

20、在水中的波长可知该光在水中的波长,然后由然后由d、x、L、的关系的关系,可可 求出条纹间距求出条纹间距. 3 7 2 , 0.1 10 x. 3.8 1 x6.3 10 0 m 0 6. , L d d m L 由可以得出红光的波长 激光器发出的红光的波长是激光器发出的红光的波长是6.310-7 m. 如果整个装置放入水中如果整个装置放入水中,激光器发出的红光在水中的波长设为激光器发出的红光在水中的波长设为,由光的特点可知由光的特点可知 :光在传播过程中光在传播过程中,介质发生变化介质发生变化,波长和波速发生改变波长和波速发生改变,但频率不变但频率不变. 共 39 页 25 7 7 3 7 2

21、 m4.7 10 m , 6.3 103 4 6.0 4.7 10 0.1 , x2.8 10 m 10 c n cvv n L m d 由此可知而 则 这时屏上条纹的间距是 答案答案:见解析见解析. 10.现有毛玻璃屏现有毛玻璃屏A,双缝双缝B 白光光源白光光源C 单缝单缝D和透红光和透红光 的滤光片的滤光片E等光学元件等光学元件,要把它们放在下图所示的光具座上要把它们放在下图所示的光具座上 组装成双缝干涉装置组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长用以测量红光的波长. 共 39 页 26 (1)将白光光源将白光光源C放在光具座最左端放在光具座最左端,依次放置其他光学元件依次放置其他光学元件, 由左至右由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为表示各光学元件的字母排列顺序应为C _ A. E D B (2)本实验的实验步骤有本实验的实验步骤有: 取下遮光筒左侧的元件取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度调节光源高度,使光束能直接沿遮使光束能直接沿遮 光筒轴线把屏照亮光筒轴线把屏照亮; 按合理顺序在光具座上放置各光学元件按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中并使各元件的中 心位于遮光筒的轴线上心位于遮光筒的轴线上; 用米尺测量双缝到屏的距离用米尺测量双缝到屏的距离; 用测量头用测量头(其读数方法同螺旋测微器其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距测量数条亮纹