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4 实验:用双缝干涉测量光的波长,1了解双缝干涉测量光的波长的实验原理 2观察白光及单色光的干涉图样 3能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长.,实验原理:利用公式x_x指_ _,l指_,d指_ 实验装置(如图133、41所示),暗条纹间距离,双缝离屏距离,双缝间距离,相邻明条纹或相邻,图133、41,用双缝干涉测量光的波长 实验目的:(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样 (2)测定单色光的波长,实验目的:(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样 (2)测定单色光的波长 实验原理:(1)光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹,用双缝干涉测波长,实验器材:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、学生电源、导线、刻度尺 (1)观察双缝干涉图样 将光源、遮光筒、毛玻璃光屏依次安放在光具座上,如图133、44所示.,实验过程,图133、44,接好光源,打开开关,使灯丝正常发光 调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏 安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,二者间距约为510 cm,这时可观察到白光的干涉条纹 在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹 (2)测定单色光的波长,安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹,图133、45,用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的) 重复测量、计算,求出波长的平均值. 换用不同的滤光片,重复实验 (3)数据处理,换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长 (4)误差分析 实验中的双缝间距d是器材本身给出的,因此本实验要注意l和x的测量光波的波长很小,l、x的测量对波长的影响很大 l的测量:l用毫米刻度尺测量,如果可能,可多次测量求平均值 条纹间距x的测定,(5)注意事项 双缝干涉仪是比较精密的实验仪器,要轻拿轻放,不要随便拆分遮光筒、测量头等元件 安装时,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,并使单缝、双缝平行且竖直 光源使用线状长丝灯泡,调节时使之与单缝平行且靠近 实验中会出现屏上的光很弱的情况,主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致;干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关系,做一做(教材P55) 点拨 用刀刃刻上的细缝成为双缝,用它观察白炽灯的灯丝时,灯发出的白光由七种不同的光组成,七色光各自干涉条纹间距不同,在屏上的单色光加强的位置不同,于是就看到了彩色条纹;距灯越近通过缝的光的能量越大,条纹越清晰,教材资料分析,在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),已知红光与绿光频率、波长均不相等,这时 ( ) A只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉 条纹消失 B红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的干涉条纹 依然存在,【典例1】,光发生干涉的条件,C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮 D屏上无任何光亮 解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相等,利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率不等,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹,但仍有红光和绿光的衍射图样 答案 C 借题发挥 明确两列光波发生干涉的条件,知道不同色光的频率不同,是对此类问题做出正确判断的关键,该知识点必须记住.,两盏普通白炽灯发出的光相遇时,观察不到干涉条纹,这是因为 ( ) A两盏灯亮度不同 B灯光的波长太短 C两盏灯灯光的振动情况不同 D电灯发出的光不稳定 解析 答案 C,【变式1】,如图133、46所示是双缝干涉实验装置,使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S,在光屏中央P处观察到亮条纹,在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的光程差为一个波长),现换用波长为400 mm的紫光源照射单缝,则 ( ),明、暗条纹的判断,【典例2】,图133、46,AP和P1仍为亮点 BP为亮点,P1为暗点 CP为暗点,P1为亮点 DP、P1均为暗点 解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光,由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等,即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零,因此是亮条纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P点都是中央亮条纹中心而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1P1S2|600 nm橙,则两列光波到达P1点振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1P1S2|600 nm,答案 B 借题发挥 判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹,要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值,要记住光程差等于波长整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍处为暗条纹,还要注意这一结论成立的条件是:两个光源情况完全相同,如图133、47所示,用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝,在光屏的P点出现第3条暗条纹,已知光速为c,则P到双缝S1、S2的距离之差|r1r2|应为 ( ) 答案 D,【变式2】,图133、47,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133、48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.,【典例3】,用双缝干涉测光的波长,图133、48,(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133、49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133、49乙中手轮上的示数_ mm,求得相邻亮纹的间距x为_ mm.,图133、49,(4)已知双缝间距d为2.0104 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算式_,求得所测红光波长为_ nm. 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510 cm;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上,答案 (1)E、D、B (2)放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间距离大约为510 cm;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上,利用图133、410中装置研究双缝干涉现象时,下面几种说法: A将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄 B将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变宽 C将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽 D换一个双缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄 E去掉滤光片后,干涉现象消失 其中正确的是_,【变式3】,图133、410,答案 ABD,(2013潍坊高二检测)在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上,如图133、411甲所示,并选用缝间距d0.2 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,用双缝干涉测光的波长,3,甲,(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,游标尺上有50个分度某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图133、411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,乙 丙,图133、411,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133、411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.,答案 (1)15.02 (2)2.31 6.6102,
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