第1页 *第三节实验:用双缝干涉测量光的波长 第2页 *一实验实验 目的1.观观察白光及单单色光的干涉图样图样 .2.测测定单单色光的波长长.第3页 *二实验实验 原理如下图图所示,与两缝缝之间间的距离d相比,每个狭缝缝都很窄,宽宽度可以忽略,两缝缝S1S2的连线连线 的中垂线线与屏的交点为为P0,双缝缝到屏的距离OP0=L.第4页 *屏上P1与P0点的距离x,两缝缝到P1的距离分别为别为P1S1=r1,P1S2=r2.在P1S2上作P1M=P1S1,于是S2M=r2-r1,由于两缝缝之间间的距离远远小于缝缝到屏的距离,所以可近似认为认为 三角形S1S2M是直角三角形,根据三角函数的关系,有r2-r1=dsin.另一方面x=LtanLsin.第5页 *第6页 *三实验器材光源滤光片单缝遮光筒光屏及光具座,如下图所示.第7页 *四实验过实验过 程1.观观察光的干涉图样图样(1)按照上图图所示的装置安装好仪仪器.(2)接通电电源,闭闭合开关,使灯丝丝正常发发光.(3)调调整各器件的高度,使光源灯丝发丝发 出的光能沿轴线轴线 到达光屏.(4)安装单缝单缝 和双缝缝,中心大致位于遮光筒的轴线轴线 上,使双缝缝与单缝单缝 平行,两者之间间距离约为约为 5 cm10 cm,这时这时 可观观察白光的干涉条纹纹.(5)在单缝单缝 和光源之间间放上滤滤光片,观观察单单色光的干涉条纹纹.第8页 *2.测测定单单色光的波长长(1)安装好测测量头头调节调节 至可清晰观观察到干涉条纹纹.第9页 *(2)条纹间纹间 距用测测量头测头测 出,如图测图测 量头头由分划板,目镜镜,手轮轮等构成,转动转动 手轮轮,分划板会左右移动动,测测量时应时应 使分划板中心刻线对齐线对齐 某条亮条纹纹中心,记记下此时时手轮轮上的读读数a1,转动转动 手轮轮,使分划板中心刻线线移至另一条亮条纹纹中央,记记下此时时手轮轮的读读数a2;并记记下两次测测量的亮(或暗)条纹纹数n.则则相邻邻两条亮(或暗)条纹间纹间 距第10页 *(3)用刻度尺测测量双缝缝到光屏间间的距离l.(4)将lx代入公式求出光的波长长.(5)重复测测量,计计算,求出波长长的平均值值.(6)换换用不同颜颜色的滤滤光片,观观察干涉条纹纹的异同,求出相应应的波长长.第11页 *五实验误实验误 差分析1.l的测测量误误差本实验实验 中双缝缝到光屏的距离较长较长 ,l的测测量误误差不太大,但也应选应选 用毫米刻度尺测测量.并用多次测测量求出平均值值的办办法减小实验误实验误 差.2.测测量条纹间纹间 距x带带来的误误差.(1)干涉条纹纹没有调调到最清晰的程度.(2)分划板刻线线与干涉条纹纹不平行,中心刻线线没有恰好位于条纹纹中心.(3)测测量多条亮条纹间纹间 距时读时读 数不准确.第12页 *六注意事项项1.放置单缝单缝 和双缝时缝时 ,必须须使缝缝平行.2.要保证证光源滤滤光片单缝单缝 双缝缝和光屏的中心轴轴在遮光筒的轴线轴线 上.3.测测量头头的分划板中心刻线线要对对准条纹纹的中心.4.要多测测几条亮条纹纹(或暗)中心间间的距离,再求x.第13页 *典 例 分 析 (学生用书书P55)一实验仪实验仪 器的选择选择 与使用例1:用双缝缝干涉测测光的波长长,实验实验 中采用双缝缝干涉仪仪,它包括以下元件:A.白炽炽灯 B.单缝单缝 片 C.光屏 D.双缝缝 E.滤滤光片(其中双缝缝和光屏连连在遮光筒上)第14页 *(1)把以上元件安装在光具座上时时,正确的排列顺顺序是:A_(A已写好).(2)正确调节调节 后,在屏上观观察到红红光干涉条纹纹,用测测量头测头测 出10条红红亮纹间纹间 的距离为为a;改用绿绿色滤滤光片,其他条件不变变,用测测量头测头测 出10条绿绿亮纹间纹间 的距离为为b,则则一定有_大于_.EBDCab第15页 *解析:双缝缝干涉仪仪各组组成部分在光具座上的正确排序为为光源滤滤光片单缝单缝 双缝缝屏,或把它们们全部倒过过来,因本题题第一项项已给给填好,故答案是惟一的.由 知,波长长越长长,条纹纹越宽宽,间间距越大,或由干涉条纹纹的特征均可得出a一定大于b.第16页 *二实验过实验过 程和数据处处理例2:在“用双缝缝干涉测测光的波长长”的实验实验 中,装置如下图图所示.双缝间缝间 的距离d=3 mm.(1)若测定红光的波长,应选用_色的滤光片.实验时需要测定的物理量有:_和_.红双缝到屏的距离L n条亮(或暗)条纹的距离a第17页 *(2)若测测得双缝缝与屏之间间距离为为0.70 m,通过测过测 量头头(与螺旋测测微器原理相似,手轮转动轮转动 一周,分划板前进进或后退0.500 mm)观观察到第1条亮纹纹的位置如下图图(a)所示,观观察第5条亮纹纹的位置如下图图(b)所示.则则可求出红红光的波长长=_m.(保留一位有效数字)710-7 第18页 *解析:(1)若测测定红红光的波长长,应应用红红光进进行干涉实验实验 ,即选选用红红色滤滤光片,这样这样 通过滤过滤 光片的就只有红红光,实验实验 双缝缝到屏的距离L n条亮(或暗)条纹纹的距离a.(2)图图中(a)的示数为为0,(b)图图示数为为0.650 mm.第19页 *梯 度 练练 习习 (学生用书书P55)基础础强化1.某同学做双缝缝干涉实验时实验时 ,按要求安装好实验实验 装置后,在光屏上却观观察不到干涉图样图样 ,这这可能的原因( )A.光源发发出的光束太强B.单缝单缝 与双缝缝不平行C.没有安装滤滤光片D.光束的中心轴轴与遮光筒的轴线轴线 不一致,相差较较大答案:BD第20页 *2.“用双缝缝干涉测测光的波长长”的实验实验 中,为为使光屏上单单色光的条纹间纹间 距减小些,可采用的措施是( )A.换换用缝缝距大些的双缝缝片B.换换用缝缝距小些的双缝缝片C.适当调调大双缝缝与屏之间间的距离D.适当调调小双缝缝与屏之间间的距离答案:AD第21页 *3.在利用测测量头测头测 量条纹宽纹宽 度时时,应应使分划板中心刻线线最好( )A.与亮条纹纹的边缘对齐边缘对齐B.与暗条纹纹的边缘对齐边缘对齐C.与亮条纹纹的中心位置对齐对齐D.与暗条纹纹的中心位置对齐对齐答案:C第22页 *4.在双缝缝干涉实验实验 中,双缝缝的作用是( )A.遮住过过于强烈的光B.使白光变变成单单色光C.形成两个振动动情况相同的光源D.使光发发生折射答案:C第23页 *5.右图图所示为为双缝缝干涉实验实验 中产产生的条纹图样纹图样 ,甲图为图为 用光甲进进行实验实验 的图样图样 ,a为为中央亮条纹纹.乙为换为换 用另一种单单色光乙进进行实验实验 的图样图样 ,a为为中央亮条纹纹,则则以下说说法正确的是( )A.乙图图条纹较宽纹较宽 ,光乙的波长长比光甲波长长长长B.乙图图条纹较纹较 窄,光乙的波长长比光甲波长长长长C.乙图图的条纹较宽纹较宽 ,光乙的波长长比光甲短D.乙图图的条纹较纹较 窄,光乙的波长长比光甲短第24页 *答案:A第25页 *能力提升6.某次实验实验 中,测测得第一级级明条纹纹和第三级级明条纹纹相距4.010-2 m,若双缝间缝间 距为为0.1 mm,缝缝到屏的距离为为L=4.0 m,则则光波的波长为长为 ( )A.8.010-8 m B.5.010-7 mC.1.510-8 m D.1.610-8 m答案:B第26页 *7.如下图图所示,在“用双缝缝干涉测测光的波长长”的实验实验 中,光具座上放置的光学元件有光源遮光筒和其他元件,其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项选项 中的( )第27页 *A.a单缝单缝 b滤滤光片c双缝缝d光屏B.a单缝单缝 b双缝缝c滤滤光片d光屏C.a滤滤光片b单缝单缝 c双缝缝d光屏D.a滤滤光片b双缝缝c单缝单缝 d光屏解析:a、b、c、d各装置的名称分别为滤别为滤 光片单缝单缝 双缝缝光屏,故C正确.答案:C第28页 *8.某同学在做“双缝缝干涉测测定光的波长长”实验时实验时 ,第一次分划板中心刻度线对齐线对齐 第2条亮纹纹的中心时时(如下图图甲中的A),游标标卡尺的示数如下图图乙所示,第二次分划板中心刻度线对齐线对齐 第6条亮纹纹的中心时时(如图图丙中的B),游标标卡尺的示数如图图丁所示.已知双缝间缝间 距d=0.5 mm,双缝缝到屏的距离L=1 m.则则:第29页 *(1)图图乙中游标标卡尺的示数为为_cm.(2)图图丁中游标标卡尺的示数为为_cm.(3)所测测光波的波长为长为 _m(保留两位有效数字).1.2501.7756.610-7第30页 *解析:(1)图图乙中游标标卡尺是20个分度,精确度0.05 mm,读读数为为12 mm+0.0510=12.50 mm=1.250 cm.(2)图图丁中读读数为为17 mm+0.0515=1.775 cm第31页 *9.用氦氖氖激光器进进行双缝缝干涉实验实验 ,已知使用的双缝间缝间 距离d=0.1 mm,双缝缝到屏的距离L=6.0 m,测测得屏上干涉条纹纹中相邻邻亮纹纹的间间距是3.8 cm,氦氖氖激光器发发出的红红光的波长长是多少?假如把整个装置放入折射率是 的水中,这时这时屏上的条纹间纹间 距是多少?第32页 *解析:由条纹间纹间 距x,双缝间缝间 距离d,双缝缝到屏的距离L及波长长的关系,可测测波长长.同理,知道水的折射率,可知该该光在水中的波长长,然后由d、x、L、的关系,可求出条纹间纹间 距.激光器发出的红光的波长是6.310-7 m.如果整个装置放入水中,激光器发出的红光在水中的波长设为,由光的特点可知:光在传播过程中,介质发生变化,波长和波速发生改变,但频率不变.第33页 *答案:见解析.第34页 *10.现现有毛玻璃屏A,双缝缝B白光光源C单缝单缝 D和透红红光的滤滤光片E等光学元件,要把它们们放在下图图所示的光具座上组组装成双缝缝干涉装置,用以测测量红红光的波长长.第35页 *(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顺序应为应为 C_A.EDB 第36页 *(2)本实验实验 的实验实验 步骤骤有:取下遮光筒左侧侧的元件,调节调节 光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线轴线 把屏照亮;按合理顺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轴线 上;用米尺测测量双缝缝到屏的距离;用测测量头头(其读读数方法同螺旋测测微器)测测量数条亮纹间纹间 的距离.在操作步骤骤时还应时还应 注意_和_.单缝与双缝的间距为5 cm10 cm 使单缝与双缝相互平行 第37页 *(3)将测测量头头的分划板中心刻线线与某亮纹纹中心对齐对齐 ,将该该亮纹纹定为为第1条亮纹纹,此时时手轮轮上的示数如下图图甲所示.然后同方向转动测转动测 量头头,使分划板中心刻线线与第6条亮纹纹中心对齐对齐 ,记记下此时时下图图乙中手轮轮上的示数_mm,求得相邻邻亮纹纹的间间距为为x为为_mm. 13.8702.310第38页 *(4)已知双缝间缝间 距d为为2.010-4 m,测测得双缝缝到屏的距离l为为0.700 m,由计计算公式= _ ,求得所测红测红 光波长为长为_