13.4-实验：用双缝干涉测量光的波长

1、按Esc键退出返回目录 第第4节节 实验实验:用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的一、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。 如图甲所示如图甲所示,电灯发出的光电灯发出的光,经过滤光片后变成单色经过滤光片后变成单色 光光,再经过单缝再经过单缝S时发生衍射时发生衍射,这时单缝这时单缝S相当于一个相当于一个 单色光源单色光源,衍射光波同时到达双缝衍射光波同时到达双缝S1和和S2之后之后,再次发再次发 生衍射生衍射,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色双缝相当于两个步调完全一致的单色 相干光源相干光源,透过透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并

2、双缝的单色光波在屏上相遇并 叠加叠加,S1、S2到屏上到屏上P点的路程分别为点的路程分别为r1、r2,两列光两列光 波传到波传到P的路程差的路程差x=|r1-r2|,设光波波长为设光波波长为。 甲 二、实验原理二、实验原理 1.若若x=n(n=0, 1, 2,),两列波传到两列波传到P点点,互相加强互相加强, P点出现明条纹。点出现明条纹。 2.若若x=(2n+1)(n=0, 1, 2,),两列波传到两列波传到P点点,互互 相减弱相减弱,P点出现暗条纹。点出现暗条纹。 这样就在屏上得到了平行于双缝这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2明暗相间明暗相间 的干涉条纹。相邻两条明的干涉条纹。相邻两条

3、明(暗暗)条纹间的距离条纹间的距离x与入与入 射光波长射光波长,双缝双缝S1、S2间距离间距离d及双缝与屏的距离及双缝与屏的距离l有有 关关,其关系式为其关系式为:x=,因此因此,只要测出只要测出x、d、l即可即可 测出波长测出波长。 2 l d 两条相邻明两条相邻明(暗暗)条纹间的距离条纹间的距离x用测量头测出。测用测量头测出。测 量头由分划板、目镜、手轮等构成。如图乙所示。量头由分划板、目镜、手轮等构成。如图乙所示。 轮动手轮轮动手轮,分划板会左、右移动。测量时分划板会左、右移动。测量时,应使分划应使分划 板中心刻线对齐条纹的中心板中心刻线对齐条纹的中心(如图丙所示如图丙所示),记下此时记

4、下此时 手轮上的读数手轮上的读数a1;转动手轮转动手轮,使分划板向一侧移动使分划板向一侧移动,当当 分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时,记记 下手轮上的刻度数下手轮上的刻度数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x= |a1-a2|。 三、实验器材三、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。 四、实验步骤四、实验步骤 1.观察双缝干涉图样观察双缝干涉图样 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具 座上座上,

5、如图丁所示。如图丁所示。 丁 (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,使光源灯丝发出的光能使光源灯丝发出的光能 沿遮光筒轴线到达光屏沿遮光筒轴线到达光屏。 (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轴中心大致位于遮光筒的轴 线上线上,使双缝与单缝平行使双缝与单缝平行,二者间距约二者间距约510 cm。 (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 (1)安装测量头安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。调节至可清

6、晰观察到干涉条纹。 (2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下记下 手轮上的读数手轮上的读数,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,使使 分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时记下此时 手轮上的读数手轮上的读数;将该条纹记为第将该条纹记为第n条亮纹条亮纹,测出测出n个亮个亮 条纹间的距离条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距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用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的是已知的)。 (4)重复测量、计算重复测量、计算,求出波长的平均

7、值。求出波长的平均值。 1 a n 五、注意事项五、注意事项 1.安装时安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中 心心,使之均在遮光筒的中心轴线上使之均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝并使单缝、双缝 平行。平行。 2.光源灯丝最好为线状灯丝光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。并与单缝平行且靠近。 3.光波的波长很小光波的波长很小,x、l的测量对波长的测量对波长的影响很大的影响很大,l 用毫米刻度尺测量用毫米刻度尺测量,x利用测量头测量利用测量头测量,可利用可利用“累积累积 法法”测测n条亮纹间距条亮纹间距,再求出再求出x=,并且采用多次测量并

8、且采用多次测量 求求的平均值的方法来进一步减小误差。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分划板上的刻线应与干涉条纹亮(暗暗)线平行线平行,否则否则 会增大测量结果的误差。会增大测量结果的误差。 1 a n 典典 例例 分分 析析 一一 实验仪器的选择与使用实验仪器的选择与使用 例例1:用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉实验中采用双缝干涉 仪仪,它包括以下元件它包括以下元件: A.白炽灯白炽灯 B.单缝片单缝片 C.光屏光屏 D.双缝双缝 E.滤光片滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上其中双缝和光屏连在遮光筒上) (1)把以上元件安装在光具座

9、上时把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序正确的排列顺序 是是:A_(A已写好已写好). (2)正确调节后正确调节后,在屏上观察到红光干涉条纹在屏上观察到红光干涉条纹,用测量用测量 头测出头测出10条红亮纹间的距离为条红亮纹间的距离为a;改用绿色滤光片改用绿色滤光片, 其他条件不变其他条件不变,用测量头测出用测量头测出10条绿亮纹间的距条绿亮纹间的距 离为离为b,则一定有则一定有_大于大于_. EBDC ab 二二 实验过程和数据处理实验过程和数据处理 例例2:在在“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”的实验中的实验中, 装置如下图所示装置如下图所示.双缝间的距离双缝间的距离d=3

10、mm. (1)若测定红光的波长 若测定红光的波长,应选用应选用_色的滤光色的滤光 片片.实验时需要测定的物理量有实验时需要测定的物理量有:_ 和和_. 红红 双缝到屏的距离双缝到屏的距离L n条亮条亮(或暗或暗)条纹的距离条纹的距离a (2)若测得双缝与屏之间距离为若测得双缝与屏之间距离为0.70 m,通过测量头通过测量头 (与螺旋测微器原理相似与螺旋测微器原理相似,手轮转动一周手轮转动一周,分划板前进分划板前进 或后退或后退0.500 mm)观察到第观察到第1条亮纹的位置如下图条亮纹的位置如下图(a) 所示所示,观察第观察第5条亮纹的位置如下图条亮纹的位置如下图(b)所示所示.则可求则可求

11、出红光的波长出红光的波长=_m.(保留一位有效数字保留一位有效数字)710-7 基础强化基础强化 1.某同学做双缝干涉实验时某同学做双缝干涉实验时,按要求安装好实按要求安装好实 验装置后验装置后,在光屏上却观察不到干涉图样在光屏上却观察不到干涉图样,这这 可能的原因可能的原因( ) A.光源发出的光束太强光源发出的光束太强 B.单缝与双缝不平行单缝与双缝不平行 C.没有安装滤光片没有安装滤光片 D.光束的中心轴与遮光筒的轴线不一致光束的中心轴与遮光筒的轴线不一致,相相 差较大差较大 答案答案:BD 2.“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”的实验中的实验中,为使光屏上为使光屏上 单色光的

12、条纹间距减小些单色光的条纹间距减小些,可采用的措施是可采用的措施是( ) A.换用缝距大些的双缝片换用缝距大些的双缝片 B.换用缝距小些的双缝片换用缝距小些的双缝片 C.适当调大双缝与屏之间的距离适当调大双缝与屏之间的距离 D.适当调小双缝与屏之间的距离适当调小双缝与屏之间的距离 答案答案:AD 3.在利用测量头测量条纹宽度时在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心应使分划板中心 刻线最好刻线最好( ) A.与亮条纹的边缘对齐与亮条纹的边缘对齐 B.与暗条纹的边缘对齐与暗条纹的边缘对齐 C.与亮条纹的中心位置对齐与亮条纹的中心位置对齐 D.与暗条纹的中心位置对齐与暗条纹的中心位置对齐 答案答

13、案:C 4.在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,双缝的作用是双缝的作用是( ) A.遮住过于强烈的光遮住过于强烈的光 B.使白光变成单色光使白光变成单色光 C.形成两个振动情况相同的光源形成两个振动情况相同的光源 D.使光发生折射使光发生折射 答案答案:C 5.右图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样右图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样,甲甲 图为用光甲进行实验的图样图为用光甲进行实验的图样,a为中央亮条纹为中央亮条纹.乙为乙为 换用另一种单色光乙进行实验的图样换用另一种单色光乙进行实验的图样,a为中央亮为中央亮 条纹条纹,则以下说法正确的是则以下说法正确的是( ) A.乙图条纹较宽乙图条纹较宽

14、,光乙的波长比光甲波长长光乙的波长比光甲波长长 B.乙图条纹较窄乙图条纹较窄,光乙的波长比光甲波长长光乙的波长比光甲波长长 C.乙图的条纹较宽乙图的条纹较宽,光乙的波长比光甲短光乙的波长比光甲短 D.乙图的条纹较窄乙图的条纹较窄,光乙的波长比光甲短光乙的波长比光甲短 能力提升能力提升 6.某次实验中某次实验中,测得第一级明条纹和第三级明条纹测得第一级明条纹和第三级明条纹 相距相距4.010-2 m,若双缝间距为若双缝间距为0.1 mm,缝到屏的距缝到屏的距 离为离为L=4.0 m,则光波的波长为则光波的波长为( ) A.8.010-8 m B.5.010-7 m C.1.510-8 m D.1

15、.610-8 m 答案答案:B 7.如下图所示如下图所示,在在“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”的实的实 验中验中,光具座上放置的光学元件有光源光具座上放置的光学元件有光源 遮光筒遮光筒 和其他元件和其他元件,其中其中a、b、c、d各装置的名称依次各装置的名称依次 是下列选项中的是下列选项中的( ) A.a单缝单缝 b滤光片滤光片 c双缝双缝 d光屏光屏 B.a单缝单缝 b双缝双缝 c滤光片滤光片 d光屏光屏 C.a滤光片滤光片 b单缝单缝 c双缝双缝 d光屏光屏 D.a滤光片滤光片 b双缝双缝 c单缝单缝 d光屏光屏 解析解析:a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片各装置的名称分别为滤光片 单缝单缝 双缝双缝 光屏光屏,故故C正确正确. 答案答案:C 8.某同学在做某同学在做“双缝干涉测定光的波长双缝干涉测定光的波长”实验时实验时, 第一次分划板中心刻度线对齐第第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心条亮纹的中心 时时(如下图甲中的如下图甲中的A),游标卡尺的示数如下图乙所游标卡尺的示数如下图乙所 示示,第二次分划板中心刻度线对齐第第二次