选修3-4-3第3讲实验用双缝干涉测光的波长

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x测波长的方法,第3讲实验用双缝干涉测光的波长,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)纹间距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如图231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231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，要测出n条明纹(暗纹)的宽度，设为a，那么x,图231,一、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232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,图232,二、观察与记录4调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹5在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹6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x7换用不同的滤光片，测量其他色光的波长,三、数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式x计算波长重复测量、计算，求出波长的平均值1使用测量头测量a1、a2易出现误差这样造成了条纹间距x的误差2用刻度尺测量l时，也容易出现误差,1实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量2分划板上的刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量结果的误差3双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则影响测量结果,【例1】如图233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233,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x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：滤光片单缝屏双缝屏增大双缝屏到光缝屏的距离减小两缝间距离,【例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234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234,(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_.,(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235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235乙中手轮上的示数_mm，求得相邻亮纹的间距x为_mm.(4)已知双缝间距d为2.0104m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm.,图235,甲,乙,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510cm；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13.870mm，图甲读数为2.320mm，所以相邻条纹间距xmm2.310mm.,(4)由条纹间距离公式x得：，代入数值得：6.6107m6.6102nm.答案：(1)C、E、D、B、A(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为510cm；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)13.8702.310(4)6.6102,【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对齐时(如图236A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236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60.00cm，由双缝上标示获知双缝间距为0.2mm，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_,图236,解析：图B对应