实验十四 用双缝干涉测光的波长.ppt

实验十四实验十四 用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长要点归纳要点归纳 【实验目的实验目的】1.1.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器.2.2.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉 的图样的图样.3.3.掌握用公式掌握用公式 测波长的方法测波长的方法.【实验器材实验器材】双双缝缝干干涉涉仪仪，即即：光光具具座座、光光源源、滤滤光光片片、单单缝缝、双双缝缝、遮遮光光筒筒、毛毛玻玻璃璃屏屏、测测量量头头，另另外外还有学生电源、导线、刻度尺还有学生电源、导线、刻度尺.【实验原理实验原理】单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图 样，图样中相邻两条亮（暗）纹间隔样，图样中相邻两条亮（暗）纹间隔x x与双与双 缝间距缝间距d d、双缝到屏的距离、双缝到屏的距离l l、单色光的波长、单色光的波长 之间满足之间满足=d dx x/l l.附附 ：测量头的构造及使用：测量头的构造及使用图图1 1如图如图1 1（甲）所示，测量头由分划板、目镜、手轮（甲）所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图1 1（乙），记下此时手轮上的读数（乙），记下此时手轮上的读数.两次读数之差就表示这两条条纹间的距离两次读数之差就表示这两条条纹间的距离.实际测量时，测出要数实际测量时，测出要数n n条明纹（暗纹）的宽度，条明纹（暗纹）的宽度，设为设为a a，那么，那么【实验步骤实验步骤】1.1.安装仪器安装仪器 （1 1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图具座上，如图2 2所示所示.（2 2）接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光）接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光.调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏轴线到达光屏.图图2 2 （3 3）安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线）安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行上，使双缝和单缝的缝平行.2.2.观察与记录观察与记录 （1 1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹的干涉条纹.（2 2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹的干涉条纹.（3 3）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1 1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a a1 1,转动手转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第线与第n n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数上的刻度数a a2 2,则相邻两条纹间的距离则相邻两条纹间的距离 （4 4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长.【数据处理数据处理】用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l l,由公式由公式 计算波长计算波长.重复测量、计算，求出波重复测量、计算，求出波 长的平均值长的平均值.【误差分析误差分析】测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距条纹间距x x测量不准，或双缝到屏的距离测不测量不准，或双缝到屏的距离测不 准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用 多次测量取平均值的方法来减小误差多次测量取平均值的方法来减小误差.【注意事项注意事项】1.1.调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏 照亮照亮.2.2.放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致 位于遮光筒的轴线上位于遮光筒的轴线上.3.3.调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的 中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量 头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对 齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就 表示这两条纹间的距离表示这两条纹间的距离.4.4.不要直接测不要直接测x x，要测几个条纹的间距计算得，要测几个条纹的间距计算得 x x，这样可以减小误差，这样可以减小误差.5.5.白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在 中央，红色在最外层中央，红色在最外层.典例剖析典例剖析【例例1 1】某同学在做双缝干涉实验时，按图安装某同学在做双缝干涉实验时，按图安装 好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于这可能是由于 （）A.A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相 差较大差较大 B.B.没有安装滤光片没有安装滤光片 C.C.单缝与双缝不平行单缝与双缝不平行 D.D.光源发出的光束太强光源发出的光束太强解析解析 安装实验器件时要注意使光束的中央轴线安装实验器件时要注意使光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合，光源与光屏正面相对，滤与遮光筒的轴线重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行,还要使光源还要使光源发出的光束不要太暗，才能使实验成功发出的光束不要太暗，才能使实验成功.答案答案 ACAC【例例2 2】如图如图3 3所示是双缝干涉测光的波长的所示是双缝干涉测光的波长的实验设备示意图实验设备示意图.(1)(1)图中图中是光源，是光源，是光屏，它们之间的是光屏，它们之间的依次是依次是 、是是 .(2)(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离之间的距离 （）图图3 3A.A.增大增大和和之间的距离之间的距离B.B.增大增大和和之间的距离之间的距离C.C.将红色滤光片改为绿色滤光片将红色滤光片改为绿色滤光片D.D.增大双缝之间的距离增大双缝之间的距离（3 3）在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离）在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是是600 600 mmmm，双缝之间的距离是，双缝之间的距离是0.20 0.20 mmmm，单缝到，单缝到双缝之间的距离是双缝之间的距离是100 100 mmmm，某同学在用测量头测，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第对准某条亮纹（记作第1 1条）的中心，这时手轮上条）的中心，这时手轮上的示数如图的示数如图4 4甲所示，然后他转动测量头，使分划甲所示，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第板中心刻线对准第7 7条亮纹的中心，这时手轮条亮纹的中心，这时手轮上的示数如图上的示数如图4 4乙所示乙所示.这两次示数依次为这两次示数依次为 mmmm和和 mmmm，由此可以计算出这次实验中所测得的，由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为单色光的波长为 nmnm.解析解析 （1 1）在用光的干涉测波长的实验中，光）在用光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头缝、遮光筒、光屏和测量头.图图4 4（2 2）由）由 可知，当增大双缝到光屏间的可知，当增大双缝到光屏间的距离距离l l或减小双缝之间的距离或减小双缝之间的距离d d或增大光的波长或增大光的波长时，时，光屏上相邻两条亮纹之间的距离将增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离将增大.故选项故选项B B正确正确.（3 3）亮条纹在读数时由螺旋测微器原理知图甲读）亮条纹在读数时由螺旋测微器原理知图甲读数为数为0.641 0.641 mmmm，图乙读数为，图乙读数为10.293 10.293 mmmm.由由答案答案 （1 1）滤光片单缝双缝（）滤光片单缝双缝（2 2）B B（3 3）0.641 10.293 5360.641 10.293 536【例例3 3】在在利利用用双双缝缝干干涉涉测测定定光光波波波波长长时时，首首先先 调调节节光光源源、滤滤光光片片、单单缝缝和和双双缝缝的的中中心心均均位位于于 遮遮光光筒筒的的中中心心轴轴线线上上，并并使使单单缝缝和和双双缝缝竖竖直直并并 且且互互相相平平行行，当当屏屏上上出出现现了了干干涉涉图图样样后后，用用测测 量量头头上上的的游游标标卡卡尺尺去去测测量量，转转动动手手轮轮，移移动动分分 划划板板使使分分划划中中心心刻刻线线与与某某条条明明纹纹中中心心齐齐时时（如如 图图实实4 4A A所所示示）将将此此明明纹纹记记为为1 1，然然后后再再转转动动手手 轮轮，分分划划板板中中心心刻刻线线向向右右移移动动，依依次次经经过过2 2、3 3明明纹纹，最最终终与与明明纹纹6 6中中心心对对齐齐，分分划划板板中中 心心刻刻线线与与明明纹纹1 1和和明明纹纹6 6对对齐齐时时游游标标卡卡尺尺示示数数分分别如图别如图5 5中中B B、C C所示（游标卡尺为所示（游标卡尺为1010分度），则图分度），则图B B对应的读数为对应的读数为 m m，图，图C C对应的读数为对应的读数为 m m.用刻度尺量得双缝到屏的距离为用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00 60.00 cmcm，由双，由双缝上标示获知双缝间距为缝上标示获知双缝间距为0.2 0.2 mmmm，则发生干涉的，则发生干涉的光波波长为光波波长为 m m.在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观图图5 5察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能的原因是造成这种情况的最可能的原因是 .解析解析 图图B B对应读数为对应读数为1.941.941010-2-2 m m图图C C对应读数为对应读数为2.842.841010-2-2 m m根据公式根据公式 =6.00=6.001010-7-7 m m若粗调后看不到干涉条纹，只看到一片亮区，则若粗调后看不到干涉条纹，只看到一片亮区，则最可能的原因是单缝与双缝不平行最可能的原因是单缝与双缝不平行.答案答案 1.941.941010-2 -2 2.842.841010-2 -2 6.006.001010-7-7单缝与双缝不平行单缝与双缝不平行素能提升素能提升1.1.如图如图6 6所示，在所示，在“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”实验实验中，光具座上放置的光学元件依次为中，光具座上放置的光学元件依次为光源、光源、遮光筒、遮光筒、光屏光屏.对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取的距离，可采取 或或 的方法的方法.图图6 6解析解析 做该实验时用单色光，应特别注意，做该实验时用单色光，应特别注意，是是滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏毛玻璃屏.由条纹间距公式由条纹间距公式 可知，要增大可知，要增大相邻条纹间距，应该增大双缝屏到光屏的距离或相邻条纹间距，应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离者减小两缝间距离.答案答案 波光片波光片 单缝屏单缝屏 双缝屏双缝屏 增大双缝增大双缝屏到光屏的距离屏到光屏的距离 减小双缝屏两缝距离减小双缝屏两缝距离2.2.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和和透红光的滤光片透红光的滤光片E E等光学元件，要把它们放在图等光学元件，要把它们放在图7 7所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测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，依次放置放在光具座最左端，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母排列顺序应为C C、A A.图图7 7（2 2）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；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；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条亮纹间的距离.在操作步骤在操作步骤时还应注意时还应注意 和和 .（3 3）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第齐，将该亮纹定为第1 1条亮纹，此时手轮上的示数条亮纹，此时手轮上的示数如图如图8 8甲所示甲所示.然后同方向转动测量头，使分划板然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第中心刻线与第6 6条亮纹中心对齐，记下此时图条亮纹中心对齐，记下此时图8 8乙乙中手轮上的示数中手轮上的示数 mmmm，求得相邻亮纹的间距，求得相邻亮纹的间距x x为为 mmmm.图图8 8（4 4）已已知知双双缝缝间间距距d d为为2 2.0 01 10 0-4 4 m m,测测得得双双缝缝到到屏屏的的距距离离l l为为0 0.7 70 00 0 m m，由由计计算算式式=,求求得得所所测红光波长为测红光波长为 nmnm.解解析析 （1 1）滤滤光光片片E E是是从从白白光光中中选选出出单单色色红红光光，单单缝缝屏屏是是获获取取线线光光源源，双双缝缝屏屏是是获获得得相相干干光光源源，最最后后成成像像在在毛毛玻玻璃璃屏屏.所所以以排排列列顺顺序序为为：C C、E E、D D、B B、A A.（2 2）在在操操作作步步骤骤时时应应注注意意的的事事项项有有：放放置置单单缝缝、双双缝缝时时，必必须须使使缝缝平平行行；单单缝缝、双双缝缝间间距距离离大大约约为为5 51 10 0 c cm m；要要保保证证光光源源、滤滤光光片片、单单缝缝、双双缝缝和光屏的中心在同一轴线上和光屏的中心在同一轴线上.（3 3）螺螺旋旋测测微微器器的的读读数数：应应该该先先读读整整数数刻刻度度，然然后后看看半半刻刻度度是是否否露露出出，最最后后看看可可动动刻刻度度，图图乙乙读读数数为为1 13 3.8 87 70 0 m mm m，图图甲甲读读数数为为2 2.3 32 20 0 m mm m，所所以以相邻条纹间距相邻条纹间距（4 4）由条纹间距离公式）由条纹间距离公式 得：得：代入数值得：代入数值得：=6.6=6.61010-7-7 m m=6.6=6.610102 2 nmnm.答案答案 （1 1）E E、D D、B B (2)(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间距离大约为单缝、双缝间距离大约为5 510 10 cmcm(3)13(3)138708702 2310310(4)(4)6 66 610102 23.3.某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置，某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置，如图如图9 9甲所示，激光器发出的一束直径很小的红甲所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装双缝、另一端装有感光色激光进入一个一端装双缝、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片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图乙中的黑点代表亮点的中心位置亮点，图乙中的黑点代表亮点的中心位置.图图9 9（1 1）通通过过量量出出相相邻邻光光点点的的距距离离可可算算出出激激光光的的波波长长.据据资资料料介介绍绍：若若双双缝缝的的缝缝间间距距离离为为d d，双双缝缝到到感感光光片片的的距距离离为为L L，感感光光片片上上相相邻邻两两光光点点间间的的距距离离为为b b，则光的波长，则光的波长该该同同学学测测得得L L=1 1.0 00 00 0 0 0 m m，缝缝间间距距d d=0 0.2 22 20 0 m mm m，用用带带十十分分度度游游标标的的卡卡尺尺测测感感光光片片上上的的点点的的距距离离时，尺与点的中心位置如图乙所示时，尺与点的中心位置如图乙所示.图乙中第图乙中第1 1个到第个到第4 4个光点的距离是个光点的距离是 mmmm.实验中实验中激光的波长激光的波长=m m.（保留两位有效数字）（保留两位有效数字）（2 2）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将两光点间的距离将 .解析解析 （2 2）将红激光换成蓝激光，）将红激光换成蓝激光，减小，由减小，由 b b将减小将减小.答案答案 （1 1）8.5 6.28.5 6.21010-7 -7 （2 2）减小）减小4.4.利用图利用图1010中装置研究双缝干涉现象时中装置研究双缝干涉现象时,有下面几有下面几种说法种说法: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,干涉条纹间距干涉条纹间距 变宽变宽 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,干涉条纹间干涉条纹间 距变宽距变宽 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,干涉条纹间干涉条纹间 距变窄距变窄 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图图1010其中正确的是其中正确的是 .解析解析 由条纹间距公式由条纹间距公式 d d指双缝间距指双缝间距离离,l l是双缝到屏的距离是双缝到屏的距离,可知可知:A:A项中项中l l减小减小,x x变小变小;B;B项中项中变大变大,x x变大变大;D;D项中项中d d变大变大,x x变小变小.故故A A、B B、D D正确正确.答案答案 ABDABD5.5.某同学设计了一个测定激光波长的实验装置如某同学设计了一个测定激光波长的实验装置如图图1111所示，激光器发出一束直径很小的红色激所示，激光器发出一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片光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的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮线线.图图1111（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）某某同同学学在在做做“用用双双缝缝干干涉涉测测光光的的波波长长”实实验验时时，第第一一次次分分划划板板中中心心刻刻度度线线对对齐齐A A条条纹纹中中心心时时如如图图1 12 2甲甲所所示示，游游标标卡卡尺尺的的示示数数如如图图丙丙所所示示；第第二二次次分分划划板板中中心心刻刻度度线线对对齐齐B B条条纹纹中中心心线线时时如如图图乙乙所所示示，游游标标卡卡尺尺的的读读数数如如图图丁丁所所示示.已已知知双双缝缝间间距距为为0 0.5 5 m mm m，从从双双缝缝到到屏屏的的距距离离为为1 1 m m，则则图图丙丙中中游游标标卡卡尺尺的的示示数数为为 m mm m.图图丁丁中中游游标标尺尺的的示示数数为为 m mm m.实实验验时时测测量量多多条条干干涉涉条条纹纹宽宽度度的的目目的的是是 ,所所 测测 光光 波波 的的 波波 长长 为为 m m.(保保 留留 两两 位位有效数字有效数字)解析解析 （1 1）此现象说明激光具有相干性）此现象说明激光具有相干性.（2 2）丙读数）丙读数11.4 11.4 mmmm,丁读数丁读数16.7 16.7 mmmm实验时测量多条干涉条纹宽度目的是减小测量的实验时测量多条干涉条纹宽度目的是减小测量的偶然误差偶然误差.图图1212由公式由公式答案答案 （1 1）相干）相干 （2 2）11.4 16.7 11.4 16.7 减小测量的偶然误差减小测量的偶然误差 6.66.61010-7-7返回返回