实验十四用双缝干涉测光的波长.ppt
,实验十四 用双缝干涉测光的波长要点归纳【实验目的】1.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器.2.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉 的图样.3.掌握用公式 测波长的方法.【实验器材】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、导线、刻度尺.,【实验原理】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x与双 缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长 之间满足=dx/l.附：测量头的构造及使用,图1,如图1（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，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图1（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.实际测量时，测出要数n条明纹（暗纹）的宽度，设为a，那么,【实验步骤】1.安装仪器（1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示.（2）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轴线到达光屏.,图2,（3）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.,2.观察与记录（1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹.（2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.（3）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1,转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离（4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长.,【数据处理】用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式 计算波长.重复测量、计算，求出波 长的平均值.,【误差分析】测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距x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 多次测量取平均值的方法来减小误差.,【注意事项】1.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 照亮.2.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.3.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,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 表示这两条纹间的距离.4.不要直接测x，要测几个条纹的间距计算得 x，这样可以减小误差.5.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.,典例剖析【例1】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，这可能是由于（）A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相 差较大 B.没有安装滤光片 C.单缝与双缝不平行 D.光源发出的光束太强,解析 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,还要使光源发出的光束不要太暗，才能使实验成功.答案 AC,【例2】如图3所示是双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.(1)图中是光源，是光屏，它们之间的依次是、是.(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（）,图3,A.增大和之间的距离B.增大和之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片D.增大双缝之间的距离（3）在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600 mm，双缝之间的距离是0.20 mm，单缝到双缝之间的距离是100 mm，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对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如图4甲所示，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮,上的示数如图4乙所示.这两次示数依次为 mm和 mm，由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为 nm.解析（1）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、双缝、遮光筒、光屏和测量头.,图4,（2）由 可知，当增大双缝到光屏间的距离l或减小双缝之间的距离d或增大光的波长时，光屏上相邻两条亮纹之间的距离将增大.故选项B正确.（3）亮条纹在读数时由螺旋测微器原理知图甲读数为0.641 mm，图乙读数为10.293 mm.由答案（1）滤光片单缝双缝（2）B（3）0.641 10.293 536,【例3】在利用双缝干涉测定光波波长时，首先 调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于 遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并 且互相平行，当屏上出现了干涉图样后，用测 量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分 划板使分划中心刻线与某条明纹中心齐时（如 图实4A所示）将此明纹记为1，然后再转动手 轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2、3明纹，最终与明纹6中心对齐，分划板中 心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分,别如图5中B、C所示（游标卡尺为10分度），则图B对应的读数为 m，图C对应的读数为 m.用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00 cm，由双缝上标示获知双缝间距为0.2 mm，则发生干涉的光波波长为 m.在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观,图5,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.解析 图B对应读数为1.9410-2 m图C对应读数为2.8410-2 m根据公式=6.0010-7 m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.答案 1.9410-2 2.8410-2 6.0010-7单缝与双缝不平行,素能提升1.如图6所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、遮光筒、光屏.对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取 或 的方法.,图6,解析 做该实验时用单色光，应特别注意，是滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏.由条纹间距公式 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者减小两缝间距离.答案 波光片 单缝屏 双缝屏 增大双缝屏到光屏的距离 减小双缝屏两缝距离,2.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7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.,图7,（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 和.,（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8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8乙中手轮上的示数 mm，求得相邻亮纹的间距x为 mm.,图8,（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.,（3）螺旋测微器的读数：应该先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13.870 mm，图甲读数为2.320 mm，所以相邻条纹间距（4）由条纹间距离公式 得：代入数值得：=6.610-7 m=6.6102 nm.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(3)138702310(4)66102,3.某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置，如图9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.,图9,（1）通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长.据资料介绍：若双缝的缝间距离为d，双缝到感光片的距离为L，感光片上相邻两光点间的距离为b，则光的波长该同学测得L=1.000 0 m，缝间距d=0.220 mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图乙所示.图乙中第1个到第4个光点的距离是 mm.实验中激光的波长=m.（保留两位有效数字）（2）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.,解析（2）将红激光换成蓝激光，减小，由 b将减小.答案（1）8.5 6.210-7（2）减小,4.利用图10中装置研究双缝干涉现象时,有下面几种说法: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.换一个两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,图10,其中正确的是.解析 由条纹间距公式 d指双缝间距离,l是双缝到屏的距离,可知:A项中l减小,x变小;B项中变大,x变大;D项中d变大,x变小.故A、B、D正确.答案 ABD,5.某同学设计了一个测定激光波长的实验装置如图11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、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮线.,图11,（1）这个现象说明激光具有 性.（2）某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时如图12甲所示，游标卡尺的示数如图丙所示；第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时如图乙所示，游标卡尺的读数如图丁所示.已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙中游标卡尺的示数为 mm.图丁中游标尺的示数为 mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是,所测光波的波长为 m.(保留两位有效数字),解析（1）此现象说明激光具有相干性.（2）丙读数11.4 mm,丁读数16.7 mm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.,图12,由公式答案（1）相干（2）11.4 16.7 减小测量的偶然误差 6.610-7,返回,
