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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，与两缝之间的距离如图所示，与两缝之间的距离d d相比，每个狭缝都很窄，相比，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，再测出双缝到屏的距离，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距和条纹间距xx，就可以求得光波的波长。，就可以求得光波的波长。【实验器材】【实验器材】双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、双缝干涉仪，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，还有学生电源、遮光筒、毛玻璃屏、测量头。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。导线、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，打开开关，使灯丝正常发光。接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。(3)(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。到达光屏。(4)(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距使双缝与单缝的缝平行，两者间距5 510 cm10 cm，这时可，这时可观察白光的干涉条纹。观察白光的干涉条纹。(5)(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条在单缝和光源间放上滤光片，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，调节至可清晰观察到干涉条纹。安装测量头，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，记下手使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，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；转动手轮，条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数时手轮上的读数a a2 2，将该条纹记为第，将该条纹记为第n n条亮纹，则相邻条亮纹，则相邻两亮条纹间距两亮条纹间距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，求出波长的平均值。重复测量、计算，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，xx、l的测量对波长的测量对波长的影响很的影响很大。大。(2)(2)在测量在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测时，一般用毫米刻度尺；而测xx时，用千时，用千分尺且采用分尺且采用“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，应轻拿轻放，不要双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。随便拆解遮光筒、测量头等元件。(2)(2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。纸轻轻擦去。(3)(3)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中安装时，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，并使单缝、双缝平行且心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约竖直，间距大约5 510 cm10 cm。(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，并与单缝平行靠近。光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。类型一类型一 实验装置与原理实验装置与原理【典例【典例1 1】(多选多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法，其中正确的是有下面几种说法，其中正确的是()A.A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B.B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽C.C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽宽D.D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄窄E.E.去掉滤光片后，干涉现象消失去掉滤光片后，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=可可知知:当将屏移近双缝时，屏与双缝间的距离当将屏移近双缝时，屏与双缝间的距离l减小，条减小，条纹间距纹间距xx变窄，故选项变窄，故选项A A正确；将滤光片由蓝色的换正确；将滤光片由蓝色的换成红色的，由于红色的波长大，所以条纹间距成红色的，由于红色的波长大，所以条纹间距xx变变宽，故选项宽，故选项B B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，正确；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，故选项没有影响，故选项C C错误；当两双缝错误；当两双缝间距离间距离d d增大时，条纹间距增大时，条纹间距xx变窄，故选项变窄，故选项D D正确；滤正确；滤光片的作用是为了得到单色光，去掉滤光片后，干涉光片的作用是为了得到单色光，去掉滤光片后，干涉条纹成为彩色条纹，故选项条纹成为彩色条纹，故选项E E错误。错误。类型二类型二 实验数据处理实验数据处理【典例【典例2 2】(2018(2018保定高二检测保定高二检测)用某种单色光做双缝用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离干涉实验时，已知双缝间距离d=0.20 mmd=0.20 mm，双缝到毛玻，双缝到毛玻璃屏间的距离璃屏间的距离L=75.0 cmL=75.0 cm，如图甲所示，实验时先转动，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第分划线对准如图丙所示的第1 1条明条纹，此时卡尺的主条明条纹，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图戊所示，则游标卡尺的读数尺和游标尺的位置如图戊所示，则游标卡尺的读数x x1 1=_ mm=_ mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第连的分划线向右边移动，直到对准第5 5条明条纹，如图条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图己所示，丁所示，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图己所示，则游标卡尺的读数则游标卡尺的读数x x2 2=_ mm=_ mm，由以上已知数据，由以上已知数据和测量数据，该单色光的波长是和测量数据，该单色光的波长是_mm_mm。【正确解答】【正确解答】图戊的示数主尺为图戊的示数主尺为0 mm0 mm；游标尺的第；游标尺的第3 3刻刻度与上面对齐，读数为度与上面对齐，读数为0.13 mm=0.3 mm0.13 mm=0.3 mm，总读数为，总读数为0.3 mm0.3 mm；图己的示数主尺为；图己的示数主尺为9 mm9 mm；游标尺的第；游标尺的第6 6刻度与刻度与上面对齐，读数为上面对齐，读数为0.16 mm=0.6 mm0.16 mm=0.6 mm，总读数为，总读数为9.6 mm9.6 mm。根据。根据x=x=得，得，=6.210=6.210-4-4 mm mm。答案答案:0.30.39.69.66.2106.210-4-4类型三类型三 实验操作与实验操作与误差分析误差分析【典例【典例3 3】现有毛玻璃屏现有毛玻璃屏A A、双缝、双缝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等光学元件，要把它们放在如图所等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。波长。(1)(1)将白光光源将白光光源C C放在光具座最左端，依次放置其他光放在光具座最左端，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学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为应为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，实色滤光片，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，调节光源高度，使光束能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；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；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，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后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上，所以排列顺序为成像在毛玻璃屏上，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色滤光片能透过红光，而吸收其他颜色的光，所红光，而吸收其他颜色的光，所以应选用红色滤光片。根据实验原理，实验时以应选用红色滤光片。根据实验原理，实验时需要测需要测量的物理量有量的物理量有:双缝到屏的距离和双缝到屏的距离和n n条亮条亮(暗暗)条纹的距条纹的距离。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，必须使单缝与双缝相互平行，且单缝、双缝距离时，必须使单缝与双缝相互平行，且单缝、双缝距离为为5 510 cm10 cm；要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心；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。均在遮光筒的中心轴线上。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5 510 cm10 cm使单缝与双缝相互平使单缝与双缝相互平行行