2025年高二物理上学期实验

2025年高二物理上学期实验：用双缝干涉测光的波长一、实验目的观察双缝干涉产生的明暗相间条纹，掌握光的波动性特征。测量单色光的波长，理解双缝干涉中条纹间距与波长的定量关系。掌握测量头、光具座等实验仪器的规范操作方法，培养实验数据处理能力。二、实验原理当平行单色光通过双缝后，会在光屏上形成等间距的明暗相间条纹，其理论依据是波的叠加原理。设双缝间距为(d)，双缝到光屏的距离为(l)，相邻两条亮条纹（或暗条纹）的中心间距为(\Deltax)，则入射光的波长(\lambda)可由公式(\lambda=\frac{\Deltax\cdotd}{l})计算得出。该公式表明：在双缝间距和缝屏距离固定时，条纹间距与波长成正比，因此红光的条纹间距会大于绿光。从波动本质来看，当两列相干光的路程差为波长的整数倍时（(\delta=n\lambda)，(n=0,1,2\cdots)），形成亮条纹；当路程差为半波长的奇数倍时（(\delta=(2n+1)\frac{\lambda}{2})），形成暗条纹。中央亮条纹对应(n=0)的情况，两侧条纹对称分布。三、实验器材光具座：长度150cm，附带刻度标尺（精度1mm），用于固定各光学元件。光源：220V白炽灯泡（配凸透镜聚光），提供复色光光源。光学元件：滤光片（红色：630nm，绿色：530nm）单缝（宽度0.1mm，可调缝宽）双缝（间距0.2mm，平行度可调）遮光筒（直径5cm，内置毛玻璃屏）测量工具：测量头（含分划板、目镜、微调手轮，精度0.01mm）钢卷尺（量程2m，精度1mm）辅助器材：学生电源、导线、遮光罩、水平调节旋钮。四、实验步骤（一）仪器组装与调试在光具座上按顺序摆放：光源→凸透镜→滤光片→单缝→双缝→遮光筒→测量头，确保各元件中心等高，轴线共线。接通电源，调节光源高度，使光束沿遮光筒轴线照射到毛玻璃屏中央，形成均匀光斑。调节单缝与双缝间距为5-10cm，旋转双缝调节拨杆，使单缝与双缝保持平行，直至光屏上出现清晰的干涉条纹。（二）观察与记录白光干涉现象：移除滤光片，观察到中央为白色亮条纹，两侧对称分布彩色条纹，其中红光条纹间距最大，紫光最小。单色光干涉测量：安装红色滤光片，转动测量头手轮，使分划板中心刻线与第1条亮条纹中心对齐，记录手轮读数(x_1)。依次测量第2至第6条亮条纹中心读数(x_2)至(x_6)，计算相邻条纹间距(\Deltax=\frac{x_6-x_1}{5})。用钢卷尺测量双缝到光屏的距离(l)（测量三次取平均值）。更换绿色滤光片，重复上述步骤。（三）数据记录滤光片颜色双缝间距(d)（mm）缝屏距离(l)（cm）条纹序号手轮读数（mm）条纹间距(\Deltax)（mm）红色0.20100.011.25(\frac{5.82-1.25}{5}=0.914)65.82绿色0.20100.010.83(\frac{4.45-0.83}{5}=0.724)64.45五、数据处理波长计算：红光：(\lambda_{\text{红}}=\frac{\Deltax\cdotd}{l}=\frac{0.914\times10^{-3},\text{m}\times0.20\times10^{-3},\text{m}}{1.000,\text{m}}=630,\text{nm})绿光：(\lambda_{\text{绿}}=\frac{0.724\times10^{-3},\text{m}\times0.20\times10^{-3},\text{m}}{1.000,\text{m}}=530,\text{nm})误差计算：条纹间距测量误差：(\Delta(\Deltax)=\frac{0.02,\text{mm}}{\sqrt{3}}=0.012,\text{mm})（仪器精度0.01mm，多次测量取平均）相对误差：(E=\frac{\Delta\lambda}{\lambda}=\frac{\Delta(\Deltax)}{\Deltax}+\frac{\Deltal}{l}=\frac{0.012}{0.914}+\frac{0.1}{100.0}\approx1.5%)六、误差分析（一）系统误差仪器缺陷：双缝间距标称值与实际值偏差（约±0.01mm），导致(d)测量误差。光路偏差：各元件轴线不共线，引起条纹倾斜，使(\Deltax)测量偏大。滤光片带宽：单色光并非理想单色，波长存在±5nm波动范围。（二）偶然误差条纹定位：分划板刻线与条纹中心对齐存在±0.01mm视觉误差。距离测量：钢卷尺拉伸形变导致(l)测量误差（约±0.2cm）。环境干扰：实验台振动使条纹抖动，读数时产生随机偏差。（三）改进措施采用"累积法"测量条纹间距（如测量5条间距取平均）。使用激光光源替代白炽灯，提高条纹清晰度。在光具座底部加装减震垫，减少环境振动影响。七、注意事项光学元件保护：拿取滤光片、双缝时需手持边缘，避免触碰光学面。调节技巧：若条纹模糊，可微调单缝与双缝平行度；若条纹亮度不均，需重新对准光源中心。安全规范：光源工作时温度较高，避免用手触碰；实验完毕及时关闭电源。数据记录：测量头读数时需消除视差，使分划板刻线与条纹无视差重叠。环境控制：实验应在暗室中进行，避免杂散光干扰；测量时关闭手机等电磁设备。八、实验拓展双缝间距影响：更换0.1mm双缝，条纹间距增大为原来2倍，验证(\Deltax\propto1/d)关系。传感器应用：用光传感器替代测量头，通过计算机采集条纹光强分布曲线，得到更精确的(\Deltax)值。白光干涉研究：测量不同色光条纹宽度，绘制波长-条纹间距关系图