1、第二节 实验:用双缝干涉测量光的波长,一实验目的 1.观察白光及单色光的干涉图样. 2.测定单色光的波长.,二实验原理,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.,四实验过程 1.观察光的干涉图样 (1)按照上图所示的装置安装好仪器. (2)接通电源,闭合开关,使灯丝正常发光. (3)调整各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏. (4)安装单缝和双缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,两者之间距离约为5 cm10 cm,这时可观察白光的干涉条纹. (5)在单缝和光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.,2.测定单色光的波长 (1)安装好测量头调节至可清晰
2、观察到干涉条纹.,(2)条纹间距用测量头测出,如图测量头由分划板,目镜,手轮等构成,转动手轮,分划板会左右移动,测量时应使分划板中心刻线对齐某条亮条纹中心,记下此时手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一条亮条纹中央,记下此时手轮的读数a2;并记下两次测量的亮(或暗)条纹数n.则相邻两条亮(或暗)条纹间距,(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l. (4)将lx代入公式 求出光的波长. (5)重复测量,计算,求出波长的平均值. (6)换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹的异同,求出相应的波长.,五实验误差分析 1.l的测量误差 本实验中双缝到光屏的距离较长,l的测量误差不太大,但也应选
3、用毫米刻度尺测量.并用多次测量求出平均值的办法减小实验误差. 2.测量条纹间距x带来的误差. (1)干涉条纹没有调到最清晰的程度. (2)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心. (3)测量多条亮条纹间距时读数不准确.,六注意事项 1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行. 2.要保证光源滤光片单缝双缝和光屏的中心轴在遮光筒的轴线上. 3.测量头的分划板中心刻线要对准条纹的中心. 4.要多测几条亮条纹(或暗)中心间的距离,再求x.,典 例 分 析 一实验仪器的选择与使用 例1:用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件:A.白炽灯 B.单缝片 C.光屏 D.双缝 E
4、.滤光片(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上时,正确的排列顺序是:A_(A已写好). (2)正确调节后,在屏上观察到红光干涉条纹,用测量头测出10条红亮纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b,则一定有_大于_.,EBDC,a,b,解析:双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源滤光片单缝双缝屏,或把它们全部倒过来,因本题第一项已给填好,故答案是惟一的. 由 知,波长越长,条纹越宽,间距越大,或由干涉条纹的特征均可得出a一定大于b.,二实验过程和数据处理 例2:在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,装置如下图所示.双缝间的距
5、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,(2)若测得双缝与屏之间距离为0.70 m,通过测量头(与螺旋测微器原理相似,手轮转动一周,分划板前进或后退0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如下图(a)所示,观察第5条亮纹的位置如下图(b)所示.则可求出红光的波长=_m.(保留一位有效数字),710-7,解析:(1)若测定红光的波长,应用红光进行干涉实验,即选用红色滤光片,这样通过滤光片的就只有红光,实验双缝到屏的距离L n条亮(或暗)条纹的距离a. (2)图中(a)的示数为0,(b)图示
6、数为0.650 mm.,梯 度 练 习 基础强化 1.某同学做双缝干涉实验时,按要求安装好实验装置后,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能的原因( ) A.光源发出的光束太强 B.单缝与双缝不平行 C.没有安装滤光片 D.光束的中心轴与遮光筒的轴线不一致,相差较大 答案:BD,2.“用双缝干涉测光的波长”的实验中,为使光屏上单色光的条纹间距减小些,可采用的措施是( ) A.换用缝距大些的双缝片 B.换用缝距小些的双缝片 C.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 答案:AD,3.在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线最好( ) A.与亮条纹的边缘对齐 B.与暗条纹的边
7、缘对齐 C.与亮条纹的中心位置对齐 D.与暗条纹的中心位置对齐 答案:C,4.在双缝干涉实验中,双缝的作用是( ) A.遮住过于强烈的光 B.使白光变成单色光 C.形成两个振动情况相同的光源 D.使光发生折射 答案:C,5.右图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样,甲图为用光甲进行实验的图样,a为中央亮条纹.乙为换用另一种单色光乙进行实验的图样,a为中央亮条纹,则以下说法正确的是( ) A.乙图条纹较宽,光乙的波长比光甲波长长 B.乙图条纹较窄,光乙的波长比光甲波长长 C.乙图的条纹较宽,光乙的波长比光甲短 D.乙图的条纹较窄,光乙的波长比光甲短,答案:A,能力提升 6.某次实验中,测得第一级明
8、条纹和第三级明条纹相距4.010-2 m,若双缝间距为0.1 mm,缝到屏的距离为L=4.0 m,则光波的波长为( ) A.8.010-8 m B.5.010-7 m C.1.510-8 m D.1.610-8 m,答案:B,7.如下图所示,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,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中的( ),A.a单缝b滤光片c双缝d光屏 B.a单缝b双缝c滤光片d光屏 C.a滤光片b单缝c双缝d光屏 D.a滤光片b双缝c单缝d光屏 解析:a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片单缝双缝光屏,故C正确. 答案:C,8.某同学在
9、做“双缝干涉测定光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时(如下图甲中的A),游标卡尺的示数如下图乙所示,第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B),游标卡尺的示数如图丁所示.已知双缝间距d=0.5 mm,双缝到屏的距离L=1 m.则:,(1)图乙中游标卡尺的示数为_cm. (2)图丁中游标卡尺的示数为_cm. (3)所测光波的波长为_m(保留两位有效数字).,1.250,1.775,6.610-7,解析:(1)图乙中游标卡尺是20个分度,精确度0.05 mm,读数为12 mm+0.0510=12.50 mm=1.250 cm. (2)图丁中读数为17 m
10、m+0.0515=1.775 cm,9.用氦氖激光器进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间距离d=0.1 mm,双缝到屏的距离L=6.0 m,测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是3.8 cm,氦氖激光器发出的红光的波长是多少?假如把整个装置放入折射率是 的水中,这时屏上的条纹间距是多少?,解析:由条纹间距x,双缝间距离d,双缝到屏的距离L及波长的关系,可测波长.同理,知道水的折射率,可知该光在水中的波长,然后由d、x、L、的关系,可求出条纹间距.,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
11、波速发生改变,但频率不变.,答案:见解析.,10.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,要把它们放在下图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.,EDB,(2)本实验的实验步骤有: 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_ 和_.,
12、单缝与双缝的间距为5 cm10 cm,使单缝与双缝相互平行,(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下图甲所示.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,记下此时下图乙中手轮上的示数_mm,求得相邻亮纹的间距为x为_mm.,13.870,2.310,(4)已知双缝间距d为2.010-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算公式= _ ,求得所测红光波长为_nm.,6.6102,解析:(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为:光源滤光片单缝双缝屏,因此应填:EDB. (2)单缝与双缝的间距为5 cm10 cm,使单缝与双缝相互平行. (3)甲图的读数为2.320 mm,乙图的读数为13.870 mm,
