1、學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解用雙縫干涉測量光的波長的實(shí)驗(yàn)原理.2.知道影響干涉條紋間距的因素.3.觀察白光及單色光的干涉圖樣.4.能夠利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量單色光的波長知識探究一、實(shí)驗(yàn)原理1觀察干涉圖樣：光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過單縫后相當(dāng)于一個(gè)線光源，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋如果用白光通過雙縫可以觀察到彩色條紋2測量光的波長：由公式xeq f(l,d)可知，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，d是雙縫間距，是已知的；l是雙縫到屏的距離，可以測出那么，只要測出相鄰兩亮條紋(或相鄰兩暗條紋)中心間距x，即可由公式eq f(d,l)x計(jì)算出單色

2、光波長的大小二、實(shí)驗(yàn)步驟(如圖1所示為安裝儀器示意圖)圖11把遮光管架在支架環(huán)上，其軸線與光具座的導(dǎo)軌基本平行2在遮光管的一端裝上雙縫，并轉(zhuǎn)動(dòng)雙縫座，使雙縫與水平面垂直再裝好單縫管3讓燈泡燈絲及透鏡中心與單縫中心等高燈絲與單縫之間的距離約為25 cm.點(diǎn)亮燈泡，上下或左右調(diào)節(jié)燈泡，使燈絲的放大像及縮小像均成在單縫中心4在遮光管的另一端裝上測量頭在單縫管上裝上撥桿，邊觀察，邊左右移動(dòng)撥桿，以調(diào)節(jié)單縫與雙縫平行，直至看到白光的干涉條紋最清晰5測量單色光波長時(shí)，在單縫前面加上紅色或綠色濾光片即可看到紅黑相間或綠黑相間的干涉條紋，再調(diào)節(jié)目鏡，就能同時(shí)清晰地看到分劃線和干涉條紋，然后繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使

3、分劃線與干涉條紋平行，固定好測量頭后即可進(jìn)行測量6先移動(dòng)測量頭上的手輪，把分劃線對準(zhǔn)最左邊的一條干涉亮條紋或者暗條紋，并記下它在游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，把分劃線移向右邊，并對準(zhǔn)第n條(一般n可取7左右)干涉亮條紋或暗條紋，這時(shí)游標(biāo)尺的讀數(shù)為xn，則相鄰兩條亮條紋或暗條紋之間的距離為xeq f(xnx1,n1).待測的光波波長為：eq f(dx,l)eq f(d,l)eq f(xnx1,n1).式中d為雙縫中心距離，其數(shù)值刻在雙縫座上，一塊為0.250 mm，另一塊為0.200 mm.l為雙縫至光屏(即分劃板)之間的距離，當(dāng)遮光管未接長管時(shí)，l600 mm；當(dāng)遮光管接上長管后，l700

4、 mm.7改變雙縫間的距離d，重復(fù)上面步驟，再測量一次三、注意事項(xiàng)1單縫、雙縫應(yīng)相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心軸線上，雙縫到單縫的距離應(yīng)相等2測雙縫到屏的距離l時(shí)用毫米刻度尺多次測量取平均值3測條紋間距x時(shí)，用測量頭測出n條亮條紋間的距離a，求出相鄰兩條亮條紋間的距離xeq f(a,n1).四、誤差分析實(shí)驗(yàn)中的雙縫間距d是器材本身給出的，因此本實(shí)驗(yàn)要注意x的測量光波的波長很小，x的測量對波長的影響很大x利用測量頭測量可利用“累積法”測n條亮條紋間的距離a，再求xeq f(a,n1)，并且采用多次測量求x的平均值的方法進(jìn)一步減小誤差例題分析例1如圖2所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，

5、在光屏P上觀察到干涉條紋要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(紅綠紫)()圖2A增大S1與S2的間距B減小雙縫屏到光屏的距離C將綠光換為紅光D將綠光換為紫光解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰兩個(gè)亮條紋(或暗條紋)間的中心間距xeq f(l,d)，要想增大條紋間距，可以減小兩縫間距d，或者增大雙縫屏到光屏的距離l，或者換用波長更長的光做實(shí)驗(yàn)由此可知，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤答案C例2在“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖3所示雙縫間的距離d3 mm.圖3(1)若測定紅光的波長，應(yīng)選用_色的濾光片實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測定的物理量有_和_(2)若測得雙縫與屏之間的距離為0.70 m，通過測量頭(與螺旋

6、測微器原理相似，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，分劃板前進(jìn)或后退0.500 mm)觀察第1條亮條紋的位置如圖4甲所示，觀察第5條亮條紋的位置如圖乙所示則可求出紅光的波長_m.圖4解析(1)由于測量紅光的波長，因此用紅色濾光片由xeq f(l,d)可知要想測必須測定雙縫到屏的距離l和條紋間距x.(2)由測量頭的數(shù)據(jù)可知a10，a20.640 mm，所以xeq f(a2a1,n1)eq f(0.640,4) mm1.60104 m，eq f(dx,l)eq f(31031.60104,0.70) m6.86107 m.答案見解析例3在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出的波長為589 nm的光，在距雙縫1.00 m的屏上形成

7、干涉圖樣圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350 cm，則雙縫的間距為()A2.06107mB2.06104mC1.68104mD1.68103m解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰明條紋間距x、雙縫間距d與雙縫到屏的距離l間的關(guān)系為xeq f(l,d)，則雙縫間距deq f(l,x)eq f(1.00589109,0.350102) m1.68104m.答案C 課時(shí)作業(yè)1某同學(xué)按雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后，觀察光的干涉現(xiàn)象，獲得成功若他在此基礎(chǔ)上對儀器的安裝做如下改動(dòng)，仍能使實(shí)驗(yàn)成功的是()A將遮光筒內(nèi)的光屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)少許，其他不動(dòng)B將濾光片移至單縫和雙縫之間，其他不動(dòng)C將單縫向雙縫移動(dòng)少許，

8、其他不動(dòng)D將單縫與雙縫的位置互換，其他不動(dòng)答案ABC解析由xeq f(l,d)知，改變雙縫到光屏的距離l仍能得到清晰條紋，只不過條紋間距變化，故A正確單縫與雙縫間的距離對干涉無影響，故C正確濾光片的作用是得到相干單色光，裝在單縫前還是在單、雙縫之間不影響干涉，故B正確2在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是()A雙縫屏的作用是使入射光到達(dá)雙縫屏?xí)r，雙縫就成了兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源B若入射光是白光，則像屏上的條紋是黑白相間的干涉條紋C像屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為入射光波長的1.5倍時(shí)，該點(diǎn)處一定是亮條紋D雙縫干涉中相鄰亮條紋之間的距離與相鄰暗條紋之間的距離不相等答案A解析分光法獲得相干光，所以A正

9、確；白光的干涉條紋是彩色的，不是黑白相間的，B錯(cuò)；像屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為波長的1.5倍時(shí)，該處應(yīng)是暗條紋，C錯(cuò)；相鄰亮條紋間距等于相鄰暗條紋間距，D錯(cuò)3在利用測量頭測量條紋寬度時(shí)，最好應(yīng)使分劃板中心刻線()A與亮條紋的邊緣線對齊 B與暗條紋的邊緣線對齊C與亮條紋的中心位置對齊 D與暗條紋的中心位置對齊答案C解析相鄰兩亮條紋的間距是指相鄰兩亮條紋中心的間距4用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在光屏上某點(diǎn)P，從中央O點(diǎn)開始計(jì)數(shù)，P點(diǎn)恰為第三條亮條紋，現(xiàn)改用頻率較高的單色光照射，其他的條件不變，那么()AP處仍為第三條亮條紋BP處可能是第四條亮條紋CP處可能是第二條亮條紋D若將光屏向雙縫移近一些，在P處可

10、能看到第二條亮條紋答案B解析頻率高，則波長短，雙縫到P點(diǎn)光程差不變，故A、C錯(cuò)，B對；若將光屏向雙縫移近一些，條紋間距變小，故D錯(cuò)5現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖1所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長圖1(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、_、_、_、A.(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有：取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；用刻度尺測量雙縫到屏的距離；用測量頭(

11、其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離. 在操作步驟時(shí)還應(yīng)注意：_和_(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋中心對齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖2甲所示然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊，記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)為_ mm，求得相鄰亮條紋的間距x為_ mm.圖2(4)已知雙縫間距d為2.0104 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計(jì)算式_，求得所測紅光的波長為_ nm.答案(1)EDB(2)放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行單縫、雙縫間距離大約為510 cm(3)13.8702.310(4)eq f(dx,l)660解析(1)濾

12、光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏D是獲得線光源，雙縫屏B是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A.(2)在操作步驟時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有：放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行；單縫、雙縫間距離大約為510 cm；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上(3)螺旋測微器的讀數(shù)應(yīng)該：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動(dòng)刻度，圖乙讀數(shù)為13.870 mm，圖甲讀數(shù)為2.320 mm，所以相鄰亮條紋間距xeq f(13.8702.320,5) mm2.310 mm.(4)由條紋間距公式xeq f(l,d)得：eq f(dx,l)代入數(shù)值得：6.6107

13、m660 nm.6在“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上(如圖3甲)，并選用縫間距d0.2 mm的雙縫屏從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離l700 mm.然后，接通電源使光源正常工作圖3(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示，圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號，此時(shí)圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x11.16 mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示，此時(shí)圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2_mm；(2)利用上述測量結(jié)果，計(jì)算兩個(gè)相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離x和這種色光的波長