2019-2020学年高中物理 第五章 光的波动性 第2节 学生实验：用双缝干涉测量光的波长学案 教科版选修3-4

第2节学生实验：用双缝干涉测量光的波长1.测单色光的波长的实验原理. 2.掌握用双缝干涉测光的波长的实验原理并会测单色光的波长.(重点难点)一、实验目的1.观察白光及单色光的干涉图样.2.测定单色光的波长.二、实验原理光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹.根据x可以计算出单色光的波长.公式中d为双缝间的距离，x为相邻两条亮纹(或暗条纹)间的距离，l为双缝与屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出l、x即可测出光的波长.三、实验器材双缝干涉仪：包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏、光具座、测量头及刻度尺等.四、实验步骤1.按如图所示安装仪器.2.将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上.3.使光源发光，在光源和单缝之间加红(或绿)色滤光片，让光通过单缝后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜焦距观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹).4.加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.5.将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，利用公式x，算出条纹间距x，然后利用公式x，求出此单色光的波长(d、l仪器中都已给出).6.换用另一滤光片，重复步骤3、4，并求出相应的波长.测量条纹间距的方法和波长的计算两处相邻明(暗)条纹间的距离x1用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示.转动手轮，分划板会左、右移动.测量时，应使分划板中心刻线对齐明(暗)条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数x1，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明(暗)条纹中心时，记下手轮上的读数xn，两次读数之差就是相邻两条明(暗)条纹间的距离.即x|xnx1|. x很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明(暗)条纹间的距离a，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离.x.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距d0.20 mm的双缝屏.从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l700 mm.然后，接通电源使光源正常工作. (1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度.某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2_mm；(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x_mm；这种色光的波长_nm.解析(1)主尺读数为15 mm，游标尺读数为10.02 mm0.02 mm，二者相加即可.(2)由于图中数字标记的是暗条纹，首先应根据暗条纹所标数字给亮条纹也标明条数，若图乙的(a)图中的中央刻线所对亮条纹记为第1条，则图丙的(a)图中，中央刻线所对亮条纹为n7，则x2.31 mm，光的波长6.6102 nm.答案(1)15.02 (2)2.31 6.61021.在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”“”或“x2.相邻亮条纹之间的距离为x mm2.1 mm，双缝间的距离d，代入数据得d0.300 mm.答案：0.300注意事项及误差分析1.注意事项(1)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、双缝和光屏的中心在同一条轴线上.(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心.(4)要多测几个亮纹(或暗纹)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行.2.误差分析(1)测双缝到屏的距离l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x带来的误差.干涉条纹没有调到最清晰的程度.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.测量多条亮条纹间距离时读数不准确.(多选)某同学在做双缝干涉实验时，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：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.据上分析，可知选项a、c正确.答案ac2.在双缝干涉实验中，实验装置如图所示，下列说法正确的是()a调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝b测量某条亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐c为了减少测量误差，可用测量头测出第1条亮条纹与第n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距xd单缝、双缝和滤光片缺一不可，否则屏上不会出现干涉图样解析：选b在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的形状来判定光束是否沿遮光筒的