实验十四用双缝干涉测光的波长.ppt

实验十四 用双缝干涉测光的波长 要点归纳 【实验实验 目的】 1.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器. 2.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉 的图样. 3.掌握用公式 测波长的方法. 【实验实验 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. 【实验实验 原理】 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图 样，图样中相邻两条亮（暗）纹间隔x与双 缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长 之间满足=dx/l. 附 ：测量头的构造及使用 图1 如图1（甲）所示，测量头由分划板、目镜、手轮 等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量 时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图1 （乙），记下此时手轮上的读数. 两次读数之差就表示这两条条纹间的距离. 实际测量时，测出要数n条明纹（暗纹）的宽度， 设为a，那么 【实验实验 步骤骤】 1.安装仪器 （1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光 具座上，如图2所示. （2）接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光. 调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿 轴线到达光屏. 图2 （3）安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线 上，使双缝和单缝的缝平行. 2.观察与记录 （1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光 的干涉条纹. （2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光 的干涉条纹. （3）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，记下手轮上的读数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 （4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长. 【数据处处理】 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式 计算波长.重复测量、计算，求出波 长的平均值. 【误误差分析】 测定单色光的波长，其误差主要由测量引起， 条纹间距x测量不准，或双缝到屏的距离测不 准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用 多次测量取平均值的方法来减小误差. 【注意事项项】 1.调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度， 使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏 照亮. 2.放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致 位于遮光筒的轴线上. 3.调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的 中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量 头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对 齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就 表示这两条纹间的距离. 4.不要直接测x，要测几个条纹的间距计算得 x，这样可以减小误差. 5.白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在 中央，红色在最外层. 典例剖析 【例1 】 某同学在做双缝干涉实验时，按图安装 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 安装实验器件时要注意使光束的中央轴线 与遮光筒的轴线重合，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,还要使光源 发出的光束不要太暗，才能使实验成功. 答案 AC 【例2 】 如图3所示是双缝干涉测光的波长的 实验设备示意图. (1)图中是光源，是光屏，它们之间的 依次是 、 是 . (2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹 之间的距离 （ ） 图3 A.增大和之间的距离 B.增大和之间的距离 C.将红色滤光片改为绿色滤光片 D.增大双缝之间的距离 （3）在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离 是600 mm，双缝之间的距离是0.20 mm，单缝到双 缝之间的距离是100 mm，某同学在用测量头测量 时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对 准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的 示数如图4甲所示，然后他转动测量头，使分划板 中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮 上的示数如图4乙所示.这两次示数依次为 mm和 mm，由此可以计算出这次实验中所测得的单色光 的波长为 nm. 解析 （1）在用光的干涉测波长的实验中，光具 座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝 、遮光筒、光屏和测量头. 图4 （2）由 可知，当增大双缝到光屏间的 距离l或减小双缝之间的距离d或增大光的波长时 ，光屏上相邻两条亮纹之间的距离将增大.故选项 B正确. （3）亮条纹在读数时由螺旋测微器原理知图甲读 数为0.641 mm，图乙读数为10.293 mm. 由 答案 （1）滤光片单缝双缝（2）B （3）0.641 10.293 536 【例3 】 在利用双缝干涉测定光波波长时，首先 调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于 遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并 且互相平行，当屏上出现了干涉图样后，用测 量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分 划板使分划中心刻线与某条明纹中心齐时（如 图实4A所示）将此明纹记为1，然后再转动手 轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2、 3明纹，最终与明纹6中心对齐，分划板中 心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分 别如图5中B、C所示（游标卡尺为10分度），则图 B对应的读数为 m，图C对应的读数为 m. 用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00 cm，由双 缝上标示获知双缝间距为0.2 mm，则发生干涉的 光波波长为 m. 在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观 图5 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 . 解析 图B对应读数为1.9410-2 m 图C对应读数为2.8410-2 m 根据公式 =6.0010-7 m 若粗调后看不到干涉条纹，只看到一片亮区，则 最可能的原因是单缝与双缝不平行. 答案 1.9410-2 2.8410-2 6.0010-7 单缝与双缝不平行 素能提升 1.如图6所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验 中，光具座上放置的光学元件依次为光源、 、 、 、遮光筒、光屏. 对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间 的距离，可采取 或 的方法. 图6 解析 做该实验时用单色光，应特别注意，是 滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和 毛玻璃屏.由条纹间距公式 可知，要增大 相邻条纹间距，应该增大双缝屏到光屏的距离或 者减小两缝间距离. 答案 波光片 单缝屏 双缝屏 增大双缝 屏到光屏的距离 减小双缝屏两缝距离 2.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，要把它们放在图7 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. 图7 （2）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 条亮纹间的距离. 在操作步骤时还应注意 和 . （3）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对 齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数 如图8甲所示.然后同方向转动测量头，使分划板 中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图8乙 中手轮上的示数 mm，求得相邻亮纹的间距x 为 mm. 图8 （4）已知双缝间距d为2.010-4 m,测得双缝到屏 的距离l为0.700 m，由计算式= ,求得所 测红光波长为 nm. 解析 （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.所以排列顺序为：C、E、 D、B、A. （2）在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝 、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大 约为510 cm；要保证光源、滤光片、单缝、双 缝 和光屏的中心在同一轴线上. （3）螺旋测微器的读数：应该先读整数刻度，然 后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读 数为13.870 mm，图甲读数为2.320 mm，所以 相邻条纹间距 （4）由条纹间距离公式 得： 代入数值得：=6.610-7 m=6.6102 nm. 答案 （1）E、D、B (2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间距离大约为510 cm (3)13870 2310 (4) 66102 3.某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置 ，如图9甲所示，激光器发出的一束直径很小的 红色激光进入一个一端装双缝、另一端装有感 光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距 的亮点，图乙中的黑点代表亮点的中心位置. 图9 （1）通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长 .据资料介绍：若双缝的缝间距离为d，双缝到感 光片的距离为L，感光片上相邻两光点间的距离为 b，则光的波长 该同学测得L=1.000 0 m，缝间距d=0.220 mm，用 带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离 时，尺与点的中心位置如图乙所示. 图乙中第1个到第4个光点的距离是 mm.实验中 激光的波长= m.（保留两位有效数字） （2）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻 两光点间的距离将 . 解析 （2）将红激光换成蓝激光，减小，由 b将减小. 答案 （1）8.5 6.210-7 （2）减小 4.利用图10中装置研究双缝干涉现象时,有下面几 种说法: 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 图10 其中正确的是 . 解析 由条纹间距公式 d指双缝间距 离,l是双缝到屏的距离,可知:A项中l减小,x变 小;B项中变大,x变大;D项中d变大,x变小.故 A、B、D正确. 答案 ABD 5.某同学设计了一个测定激光波长的实验装置如 图11所示，激光器发出一束直径很小的红色激 光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片 的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮 线. 图11 （1）这个现象说明激光具有 性. （2）某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验 时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时如 图12甲所示，游标卡尺的示数如图丙所示；第二 次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时如图乙所 示，游标卡尺的读数