13.4 实验(2)：用双缝干涉测量光的波长

1、实验(2):用双缝干涉测量光的波长基础梳理整合方法探究突破基础梳理整合构建能力大厦的奠基石一、实验目的1.观察单色光的双缝干涉图样。2.测定单色光的波长。4如图甲所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,这时单缝S相当于一个单色光源,衍射光波同时到达双缝S1和S2之后,再次发生衍射,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1、S2到屏甲二、实验原理上P点的路程分别为r1、r2,两列光波传到P的路程差x=|r1-r2|,设光波波长为。51.若x=n(n=0,1,2,),两列波传到P点,互相加强,P点出现明条纹。

2、2.若x=(2n+1)(n=0,1,2,),两列波传到P点,互相减弱,P点出现暗条纹。这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2明暗相间的干涉条纹。相邻两条明(暗)条纹间的距离x与入射光波长,双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为:x=,因此,只要测出x、d、l即可测出波长。6两条相邻明(暗)条纹间的距离x用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如图乙所示。轮动手轮,分划板会左、右移动。测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如图丙所示),记下此时手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时,记下手轮上的刻度数a2,两次读数

3、之差就是这两条条纹间的距离,即x= |a1-a2|。7三、实验器材光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。8四、实验步骤1.观察双缝干涉图样(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图丁所示。丁9(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遮光筒轴线到达光屏。(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,二者间距约510 cm。(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。102.测定单色光的波长(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

4、某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数,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;将该条纹记为第n条亮纹,测出n个亮条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距x=。(3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。11五、注意事项1.安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心,使之均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行。2.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。3.光波的波长很小,x、l的测量对波长的影响很大,l用毫米刻度尺测量,x利用测量头测量,可利用“累积法”测n条亮纹间距,再求出x=,并且采

5、用多次测量求的平均值的方法来进一步减小误差。4.分划板上的刻线应与干涉条纹亮(暗)线平行,否则会增大测量结果的误差。12方法探究突破提升应用技巧的突破口【例题】 如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,光具座上放置的光学元件依次为光源、遮光筒、光屏。首先调节光源、元件的中心均位于遮光筒的中心轴线上,若经粗调后透过测量头上的目镜观察,看不到明暗相间的条纹,只看到一片亮区,造成这种情况的最可能的原因是;若调至屏上出现了干涉图样后,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采用或的方法。用测量头去测量,转动手轮,移动分划板,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时,如图乙中(1)所示,游标卡尺的示数如

6、图乙中(3)所示;第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时如图乙中(2)所示,游标卡尺的示数如图乙中(4)14所示。已知双缝的间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则乙图(3)中游标卡尺的示数是mm。乙图(4)中游标卡尺的示数为mm,实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是,所测光波的波长为 m(保留两位有效数字)。15解析:看不到明暗相间的条纹,表明经单缝的光,未通过双缝变成相干光,这是单缝、双缝不平行造成的。根据x=知,若l增大或d减小,则x增大,即增大双缝与光屏间的距离或减小双缝间的距离。题图乙(3)中,主尺整毫米数(游标零刻度左边)为11 mm,游标尺示数为0.1 mm4=0.4 mm,所以游标卡尺示数为11.4 mm。同理,题图乙(4)中游标卡尺示数为16.7 mm;由题图乙(1)(2)知,AB间距为干涉条纹宽度的4倍,即|AB|=4x,又x=,得= mm=6.610-4 mm=6.610-7 m。由于干涉条纹宽度很小,为减小测量误差与便于测量,采用测多条干涉条纹宽度的方法。16规律总结:测量n个亮条纹的间距时,有的读数采用游标卡尺的读数方法,有的