新课标选修3-4--13.4实验：用双缝干涉测量光波长

1、用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长一一.实验目的实验目的1.观察双缝干涉的干涉图样观察双缝干涉的干涉图样2.测定单色光的波长测定单色光的波长r2-r1=dsinX=LtanLsin当两列波的路程差为波长当两列波的路程差为波长的整数倍，即的整数倍，即dx/L=k（k=0,1,2)时才会出现时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：亮条纹，亮条纹位置为：X=kL/dS1S2P1Plr1r2dx二二.实验原理实验原理dLx 三三.数据处理：数据处理：n=5 x=a/(n-1)an条亮条纹间的距离条亮条纹间的距离a用累积法用累积法(减小偶然误差减小偶然误差)条纹间距条纹间距四四.实验装置实验装置双缝干

2、涉仪双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)、学生电源、导线、刻度尺等学生电源、导线、刻度尺等五五.实验器材实验器材1结构结构:由分划板、目镜、手轮等构成由分划板、目镜、手轮等构成六六.测量头使用方法测量头使用方法15205100202515图（丙）第第 1 1 条条时读数时读数第第 4 4 条条时读数时读数1520510030354045图（乙）2.使用方法使用方法:转动手轮转动手轮,分划板会左、右移分划板会左、右移动动.测量时测量时,应使应使分划板中心刻线分划板中心刻线对齐对齐条纹的中条纹的中心心

3、(如图所示如图所示),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,使分划板向一侧移动使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线当分划板中心刻线对齐另一条相邻的对齐另一条相邻的条纹中心条纹中心时时,记下手轮上的记下手轮上的刻度数刻度数a2,两次读数之差就是这两条条两次读数之差就是这两条条纹间的距离纹间的距离,即：即：1观察干涉条纹观察干涉条纹(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上具座上.如图所示如图所示七七.实验步骤实验步骤(2)接好光源接好光源,打开开关打开开关,使灯丝正常发光使灯丝正常发光(3)调节各器件的高度调节各器件的高度,使光

4、源发出的光能沿轴使光源发出的光能沿轴线到达光屏线到达光屏(4)安装双缝和单缝安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的中心大致位于遮光筒的轴线上轴线上,使双缝与单缝的缝平行使双缝与单缝的缝平行,二者间距约二者间距约5 cm10 cm,这时可观察白光的干涉条纹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在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的观察单色光的干涉条纹干涉条纹2.测定单色光的波长测定单色光的波长(3)用刻度尺测量双缝到光屏的用刻度尺测量双缝到光屏的距离距离l (d已知已知)(1)安装测量头安装测量头,调节清晰观察调节清晰观察到干涉条纹到干涉条纹(2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中

5、央使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第将该条纹记为第1条亮纹条亮纹;转动手轮转动手轮,使分划板中心刻线移至另一亮条纹使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中央的中央,记下此时手轮上的读数记下此时手轮上的读数a2,该条纹记为第该条纹记为第n条亮纹条亮纹(4)改变改变d和和l,重复测量重复测量数据处理数据处理 1.条纹间距条纹间距2.波长波长an条亮条纹间的距离条亮条纹间的距离a八八. .注意事项注意事项1 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 2要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏

6、的中心在同一条轴线上心在同一条轴线上3 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) )纹的中纹的中心心4 4要多测几个亮纹要多测几个亮纹( (或暗纹或暗纹) )中心间的距离，再求中心间的距离，再求x x. .5 5调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不要原因是灯丝与单缝、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共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行缝不平行（3 3）分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻）分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于

7、条纹中心线没有恰好位于条纹中心 （4 4）测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，）测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清此间距中的条纹数未数清 九九. .误差分析误差分析1 1双缝到屏的距离双缝到屏的距离L L的测量存在误差的测量存在误差2 2测条纹间距测条纹间距x x带来的误差：带来的误差：(1)(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度干涉条纹没有调整到最清晰的程度(2)(2)误认为误认为x x为亮为亮( (暗暗) )条纹的宽度条纹的宽度十十.几种单色光的干涉条纹几种单色光的干涉条纹练习练习:如图所示双缝干涉仪如图所示双缝干涉仪,其中其中A是白炽电是白炽电灯灯(光源光源)、B是

8、滤光片、是滤光片、E是遮光筒、是遮光筒、F是毛是毛玻璃光屏玻璃光屏(1)图中图中C是是_,D是是_,C、D间间距离大约是距离大约是_cm单缝单缝 双缝双缝5-10cm(2)本实验的步骤有：本实验的步骤有：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,使使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；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，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

9、测量数条亮纹间的距离数条亮纹间的距离.在操作步骤在操作步骤时还应注意时还应注意_和和_。单缝和双缝间距单缝和双缝间距5cm10cm 使单缝与双缝相互平行使单缝与双缝相互平行 练习练习:如图所示双缝干涉仪如图所示双缝干涉仪,其中其中A是白炽电灯是白炽电灯(光源光源)、B是滤光片、是滤光片、E是遮光筒、是遮光筒、F是毛玻璃是毛玻璃光屏光屏(3)如果撤去滤光片如果撤去滤光片B,在屏上看到的是在屏上看到的是_,与与D正中相对的位置出现的是正中相对的位置出现的是_,两侧是两侧是_.(4)如果把黄色滤光片换成绿色滤光片如果把黄色滤光片换成绿色滤光片,在屏上在屏上观察到的条纹间距将变观察到的条纹间距将变_(

10、5)计算光的波长的公式是计算光的波长的公式是=_.彩色干涉条纹彩色干涉条纹 白色亮条纹白色亮条纹 彩色条纹彩色条纹 变窄变窄 =dx/l(6).如图所示如图所示,让一束单色光射到一个单孔屏时让一束单色光射到一个单孔屏时,光从光从小孔出来小孔出来,射到两个小孔离得很近的双孔屏上射到两个小孔离得很近的双孔屏上,这时这时像屏上出现了明暗相间的干涉条纹像屏上出现了明暗相间的干涉条纹,当移动像屏时当移动像屏时,以下说法正确的是以下说法正确的是( )A.当像屏向双孔屏略微移动时当像屏向双孔屏略微移动时,像屏上的条纹变得像屏上的条纹变得模糊不清模糊不清B.当像屏远离双孔屏略微移动时当像屏远离双孔屏略微移动时

11、,像屏上的条纹变像屏上的条纹变得模糊不清得模糊不清C.当像屏向双孔屏略微移动时当像屏向双孔屏略微移动时,像屏上的条纹仍然清晰像屏上的条纹仍然清晰D.当像屏远离双孔屏略微移动时当像屏远离双孔屏略微移动时,像屏上的条纹仍然清晰像屏上的条纹仍然清晰CD练习练习.用螺旋测微器的测量头用螺旋测微器的测量头,调节分划调节分划板的位置板的位置,使分划板的中心刻线对齐第使分划板的中心刻线对齐第一条亮纹的中心一条亮纹的中心,此时螺旋测微器的读此时螺旋测微器的读数是数是 ;将中心刻线向一侧移动到第将中心刻线向一侧移动到第六条亮纹中心位置六条亮纹中心位置, 读出的读数是读出的读数是4.158mm, 相邻两条纹间距相

12、邻两条纹间距 x= .2.已知双缝间距已知双缝间距d=1.5mm,双缝到光屏双缝到光屏的距离的距离L=1.00m, 波长波长 = nm.1.758mm0.480mm=dx/l7.210-7m练习练习.用游标卡尺用游标卡尺(10分度分度)的测量头的测量头,调节调节分划板的位置分划板的位置,使分划板的中心刻线对使分划板的中心刻线对齐第齐第1条亮纹的中心条亮纹的中心(图图B),此时读数此时读数是是 ;将中心刻线向一侧移动到第将中心刻线向一侧移动到第6条亮纹中心位置条亮纹中心位置(图图C),读出的读数读出的读数是是 ; 相邻两条纹间距相邻两条纹间距 x= .2.已知双缝间距已知双缝间距d=0.2mm,

13、双缝到光双缝到光屏的距离屏的距离L=0.60m, 波长波长 = nm.19.4mm1.8mm=dx/l6.010-7m28.4mm练习练习.用游标卡尺用游标卡尺(10分度分度)的测量头的测量头,调调节分划板的位置节分划板的位置,使分划板的中心刻线使分划板的中心刻线对齐第对齐第1条亮纹的中心条亮纹的中心(图图B),此时读数此时读数是是 ;将中心刻线向一侧移动到第将中心刻线向一侧移动到第6条亮纹中心位置条亮纹中心位置(图图C),读出的读数读出的读数是是 ; 相邻两条纹间距相邻两条纹间距 x= .2.已知双缝间距已知双缝间距d=0.2mm,双缝到光双缝到光屏的距离屏的距离L=0.60m, 波长波长

14、= nm.19.4mm1.8mm=dx/l6.010-7m28.4mm练习练习:在在“用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长”实实验中，实验装置如图所示验中，实验装置如图所示(1)以下几点中你认为正确的是以下几点中你认为正确的是A.灯丝和单缝及双缝必须平行放置灯丝和单缝及双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关D.干涉条纹间距与光的波长有关干涉条纹间距与光的波长有关ACD(2)如果测量头中的分划板中心刻线与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干涉条纹不在同一方向上,如图所示如图所示.则则在这种

15、情况下测量干涉条纹的间距在这种情况下测量干涉条纹的间距x时时,测量值测量值_实际值实际值.(填填“大于大于”、“小于小于”或或“等于等于”)由几何知识可知测量头的由几何知识可知测量头的读数读数大于大于条纹间的实际距离条纹间的实际距离若其他读数无误差若其他读数无误差,则波长则波长测量值测量值偏大偏大=dx/l练习练习:在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,若单缝若单缝S从双缝从双缝S1、S2的中央对称轴的位置稍微向上移动的中央对称轴的位置稍微向上移动,则则( )A.不会产生干涉条纹不会产生干涉条纹B.仍然产生干涉条纹仍然产生干涉条纹,且中央亮纹且中央亮纹P的位置的位置不变不变C.仍然产生干涉条纹仍然

16、产生干涉条纹,中央亮纹中央亮纹P的位置略的位置略上移上移D.仍然产生干涉条纹仍然产生干涉条纹,中央亮纹的位置略下中央亮纹的位置略下移移D游标卡尺的构造游标卡尺的构造01234567890012345678910外测脚外测脚内测脚内测脚深度测脚深度测脚游标尺游标尺主尺主尺(1)50分度游标尺上每一个小等分的分度游标尺上每一个小等分的长度是长度是 ,每一刻度比主尺的最每一刻度比主尺的最小刻度相差小刻度相差 ,精度是精度是 . 最大误差最大误差 .估读到估读到 位位.0.98mm0.02mm0.02mm0.01mm0.01mm游标卡尺的测量精度游标卡尺的测量精度游标卡尺的测量范围约游标卡尺的测量范围

17、约 .主尺的最小分度是主尺的最小分度是 .十几厘米十几厘米1mm(3)10分度游标尺上每一个小等分的分度游标尺上每一个小等分的长度是长度是 ,每一刻度比主尺的每一刻度比主尺的最小刻度相差最小刻度相差 ,准确到准确到 .最大误差最大误差 .估读到估读到 位位.0.9mm0.1mm0.1mm0.05mm0.01mm只需读到只需读到0.1mm,可不估读到可不估读到0.01mm(2)20分度游标尺上每一个小等分的分度游标尺上每一个小等分的长度是长度是 ,每一刻度比主尺的最每一刻度比主尺的最小刻度相差小刻度相差 ,精度是精度是 .最大误差最大误差 .估读到估读到 位位.0.95mm0.05mm0.05mm0.025