4实验:用双缝干涉测量光的波长【实验目的】【实验目的】1.1.观察不同单色光的双缝干涉图样。观察不同单色光的双缝干涉图样。2.2.观察双缝距离不同时的干涉图样。观察双缝距离不同时的干涉图样。3.3.掌握用公式掌握用公式x= x= 测定单色光的波长的方法。测定单色光的波长的方法。【实验原理】【实验原理】如图所示如图所示, ,与两缝之间的距离与两缝之间的距离d d相比相比, ,每个狭缝都很窄每个狭缝都很窄, ,宽度可以忽略。宽度可以忽略。两缝两缝S S1 1、S S2 2的连线的中垂线与屏的交点为的连线的中垂线与屏的交点为P P0 0, ,双缝到屏双缝到屏的距离的距离OPOP0 0= =l。相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是。相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是x= x= 。已知双缝间距已知双缝间距d,d,再测出双缝到屏的再测出双缝到屏的距离距离l和条纹间距和条纹间距x,x,就可以求得就可以求得光波的波长。光波的波长。【实验器材】【实验器材】双缝干涉仪双缝干涉仪, ,即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头。另外遮光筒、毛玻璃屏、测量头。另外, ,还有学生电源、导还有学生电源、导线、刻度尺等。线、刻度尺等。【实验过程】【实验过程】一、实验步骤一、实验步骤(1)(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上, ,如图所示。如图所示。(2)(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)(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沿轴线使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。到达光屏。(4)(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线上中心大致位于遮光筒的轴线上, ,使使双缝与单缝的缝平行双缝与单缝的缝平行, ,两者间距两者间距5 510cm,10cm,这时可观察白这时可观察白光的干涉条纹。光的干涉条纹。(5)(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, ,观察单色光的干涉条观察单色光的干涉条纹。纹。二、数据处理二、数据处理(1)(1)安装测量头安装测量头, ,调节至可清晰观察到干涉条纹。调节至可清晰观察到干涉条纹。(2)(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, ,记下手记下手轮上的读数轮上的读数a a1 1, ,将该条纹记为第将该条纹记为第1 1条亮纹条亮纹; ;转动手轮转动手轮, ,使分使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央, ,记下此时手轮记下此时手轮上的读数上的读数a a2 2, ,将该条纹记为第将该条纹记为第n n条亮纹条亮纹, ,则相邻两亮条纹则相邻两亮条纹间距间距x=| |x=| |。(3)(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d(d是已知的是已知的) )。(4)(4)重复测量、计算重复测量、计算, ,求出波长的平均值。求出波长的平均值。【误差分析】【误差分析】(1)(1)光波的波长很小光波的波长很小,x,x、l的测量对波长的测量对波长的影响很大。的影响很大。(2)(2)在测量在测量l时时, ,一般用毫米刻度尺一般用毫米刻度尺; ;而测而测xx时时, ,用千分尺用千分尺且采用且采用“累积法累积法”。(3)(3)多次测量求平均值。多次测量求平均值。【注意事项】【注意事项】(1)(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器双缝干涉仪是比较精密的仪器, ,应轻拿轻放应轻拿轻放, ,不要随不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。便拆解遮光筒、测量头等元件。(2)(2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘, ,应用擦镜应用擦镜纸轻轻擦去。纸轻轻擦去。(3)(3)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、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上心均在遮光筒的中心轴线上, ,并使单缝、双缝平行且竖并使单缝、双缝平行且竖直直, ,间距大约间距大约5 510cm10cm。(4)(4)调节的基本依据调节的基本依据: :照在像屏上的光很弱。主要原因照在像屏上的光很弱。主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致。是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。(5)(5)测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮( (暗暗) )条纹条纹的中心。的中心。(6)(6)光源灯丝最好为线状灯丝光源灯丝最好为线状灯丝, ,并与单缝平行靠近。并与单缝平行靠近。热点一实验装置与原理热点一实验装置与原理【典例【典例1 1】( (多选多选)(2018)(2018济宁高二检测济宁高二检测) )利用图中装置利用图中装置研究双缝干涉现象时研究双缝干涉现象时, ,有下面几种说法有下面几种说法, ,其中正确的是其中正确的是( () )A.A.将屏移近双缝将屏移近双缝, ,干涉条纹间距变窄干涉条纹间距变窄B.B.将滤光片由蓝色的换成红色的将滤光片由蓝色的换成红色的, ,干涉条纹间距变宽干涉条纹间距变宽C.C.将单缝向双缝移动一小段距离后将单缝向双缝移动一小段距离后, ,干涉条纹间距变宽干涉条纹间距变宽D.D.换一个两缝之间距离较大的双缝换一个两缝之间距离较大的双缝, ,干涉条纹间距变窄干涉条纹间距变窄E.E.去掉滤光片后去掉滤光片后, ,干涉现象消失干涉现象消失【正确解答】【正确解答】选选A A、B B、D D。由条纹间距公式。由条纹间距公式x= x= 可知可知: :当将屏移近双缝时当将屏移近双缝时, ,屏与双缝间的距离屏与双缝间的距离l减小减小, ,条纹条纹间距间距xx变窄变窄, ,故选项故选项A A正确正确; ;将滤光片由蓝色的换成红将滤光片由蓝色的换成红色的色的, ,由于红色的波长大由于红色的波长大, ,所以条纹间距所以条纹间距xx变宽变宽, ,故选故选项项B B正确正确; ;将单缝向双缝移动一小段距离后将单缝向双缝移动一小段距离后, ,对条纹间距对条纹间距xx没有影响没有影响, ,故选项故选项C C错误错误; ;当两双缝间距离当两双缝间距离d d增大时增大时, ,条纹间距条纹间距x x变窄变窄, ,故选项故选项D D正确正确; ;滤光片的作用是为了滤光片的作用是为了得到单色光得到单色光, ,去掉滤光片后去掉滤光片后, ,干涉条纹成为彩色条纹干涉条纹成为彩色条纹, ,故故选项选项E E错误。错误。热点二实验数据处理热点二实验数据处理【典例【典例2 2】某同学设计了一个测定激光的波长的实验装某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图甲所示置如图甲所示, ,激光器发出的一束直径很小的红色激光激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒, ,感光片的位置上出现一排等距的亮点感光片的位置上出现一排等距的亮点, ,图乙中的黑点代图乙中的黑点代表亮点的中心位置。表亮点的中心位置。(1)(1)这个现象说明激光具有这个现象说明激光具有_性。性。(2)(2)通过测量相邻亮点的距离可算出激光的波长通过测量相邻亮点的距离可算出激光的波长, ,据资据资料介绍料介绍, ,如果双缝的缝间距离为如果双缝的缝间距离为a,a,双缝到感光片的距离双缝到感光片的距离为为L,L,感光片上相邻两亮点间的距离为感光片上相邻两亮点间的距离为b,b,则激光的波长则激光的波长=_=_。该同学测得。该同学测得L=1.0000 mL=1.0000 m、缝间距、缝间距a=0.220 mm,a=0.220 mm,用带十分度游标的卡尺测感光片上的亮点用带十分度游标的卡尺测感光片上的亮点的距离时的距离时, ,尺与亮点的中心位置如图乙所示。尺与亮点的中心位置如图乙所示。( (图中黑图中黑点表示亮点的中心点表示亮点的中心) )图乙中第图乙中第1 1到第到第4 4个光点的距离是个光点的距离是_mm_mm。实验中激光的波长。实验中激光的波长=_m=_m。( (保留保留两位有效数字两位有效数字) )(3)(3)如果实验时将红激光换成蓝激光如果实验时将红激光换成蓝激光, ,屏上相邻两光点屏上相邻两光点间的距离将间的距离将_。【正确解答】【正确解答】(1)(1)激光能够发生干涉激光能够发生干涉, ,说明激光具有波说明激光具有波动性。动性。(2)(2)由由x= x= 可得可得=x=x , ,将将d=a,x=bd=a,x=b代入可代入可得得= ;= ;图乙中游标卡尺是图乙中游标卡尺是1010个等分刻度个等分刻度, ,精确度为精确度为0.1 mm,0.1 mm,读数为读数为8 mm+0.15 mm=8.5 mm;8 mm+0.15 mm=8.5 mm;故故b= mmb= mm=2.83mm,=2.83mm,所以所以= =6.210= =6.210-7-7m m。(3)(3)将红激光换成蓝激光后波长变短将红激光换成蓝激光后波长变短, ,由由x= x= 可知可知, ,屏上相邻两光点间的距离屏上相邻两光点间的距离xx将变小。将变小。答案答案: :(1)(1)波动波动(2) (2) 8.58.56.2106.210-7-7(3)(3)变小变小热点三实验操作与误差分析热点三实验操作与误差分析【典例【典例3 3】(2018(2018西安高二检测西安高二检测) )现有毛玻璃屏现有毛玻璃屏A A、双、双缝缝B B、白光光源、白光光源C C、单缝、单缝D D和透红光的滤光片和透红光的滤光片E E等光学元等光学元件件, ,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置装置, ,用以测量红光的波长。用以测量红光的波长。(1)(1)将白光光源将白光光源C C放在光具座最左端放在光具座最左端, ,依次放置其他光学依次放置其他光学元件元件, ,由左至右由左至右, ,表示各光学元件的字母排列顺序应为表示各光学元件的字母排列顺序应为C C、_、A A。(2)(2)本实验所用的滤光片应选用本实验所用的滤光片应选用_色滤光片色滤光片, ,实实验时需要测量的物理量是验时需要测量的物理量是_和和_。(3)(3)本实验的步骤有本实验的步骤有: :取下遮光筒左侧的元件取下遮光筒左侧的元件, ,调节光源高度调节光源高度, ,使光束能直使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮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按合理顺序在光具座上放置各光学元件, ,并使各元件并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上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米尺测量双缝到屏的距离; ;用测量头用测量头( (其读数方法同螺旋测微器其读数方法同螺旋测微器) )测量数条亮测量数条亮( (暗暗) )条纹间的距离。在操作步骤条纹间的距离。在操作步骤时还应注意时还应注意_和和_。【正确解答】【正确解答】(1)(1)滤光片滤光片E E是从白光中选出单色红光是从白光中选出单色红光, ,单单缝屏是获取线光源缝屏是获取线光源, ,双缝屏是获得相干光源双缝屏是获得相干光源, ,最后成像最后成像在毛玻璃屏上在毛玻璃屏上, ,所以排列顺序为所以排列顺序为:C:C、E E、D D、B B、A A。(2)(2)红色滤光片能透过红光红色滤光片能透过红光, ,而吸收其他颜色的光而吸收其他颜色的光, ,所以所以应选用红色滤光片。根据实验原理应选用红色滤光片。根据实验原理, ,实验时需要测量的实验时需要测量的物理量有物理量有: :双缝到屏的距离和双缝到屏的距离和n n条亮条亮( (暗暗) )条纹的距离。条纹的距离。(3)(3)在操作步骤在操作步骤时应注意的事项有时应注意的事项有: :放置单缝、双缝放置单缝、双缝时时, ,必须使单缝与双缝相互平行必须使单缝与双缝相互平行, ,且单缝、双缝距离为且单缝、双缝距离为5 510cm;10cm;要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上。光筒的中心轴线上。答案答案: :(1)E(1)E、D D、B B(2)(2)红双缝到屏的距离红双缝到屏的距离n n条亮条亮( (暗暗) )条纹的距离条纹的距离(3)(3)单缝和双缝间距为单缝和双缝间距为5 510cm10cm使单缝使单缝与双缝相互平行与双缝相互平行