1、实验二 用双缝干涉测光的波长 1.了解光波产生稳定干涉现象的条件，能安装和调试仪器 2.观察白光及单色光的双缝干涉图样 3.掌握由公式 测波长的方法 xd l1光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经单缝、双缝后 在屏上产生稳定的干涉图样 2根据由公式 推导出的 可以计算出单色光的 波长.公式中d为双缝间距离，x为相邻两条亮（暗）纹间的距 离，l为双缝到屏的距离，实验中的d是已知的，因此只要测出l、x即可测出光的波长.x可由测量头测出的n条亮（暗）纹的 宽度a，利用计算式 求出 axn 1 xd ldx，l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）、学生电源、导线、有
2、毫米刻度的米尺、测量头.一、实验步骤 1观察双缝干涉图样（1）把直径约10 cm、长约1 cm的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，如图所示.（2）取下双缝，打开光源，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.（3）放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离约为510 cm，使单缝和双缝平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.这时在屏上观察白光的双缝干涉图样.（4）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉图样，分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化.2测定单色光的波长（1）安装测量头（测量头由分划板、目 镜、手轮等构成，如图所示），调节至 可清晰观察到干涉条
3、纹.（2）使分划板中心刻度线对齐某条亮条纹的中央，记下轮上的读数a1，移动手轮，使分划板中心刻度线移动，记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1和a2之差a即为n条亮纹的间距.（3）用米尺测出双缝到屏的距离l，多次测量取平均值.（4）换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离变化，并求出相应的波长.二、数据处理 1.条纹间距：2.波长计算：由 得 axn 1 xd ldx l这个实验的误差主要是由两个测量产生的，即：（1）使用毫米刻度尺测量双缝到屏的距离会产生误差，可多次测量取平均值减小误差.（2）在使用测量头调整分划板中心刻度线是否与条纹中心线对齐时会产生误差，条纹数目n选取多些、并多
4、次测量取平均值可减小误差.由于光波的波长非常小，l和 x的测量对波长的影响很大，因此测量时要非常谨慎.1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 2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、双缝相互平行 3滤光片、单缝、双缝等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软布轻轻擦去 4光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近 5双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应用时要加以区别 应用双棱镜进行干涉实验 1.实验器材 钠光灯、双棱镜、可调狭缝、凸透镜、毛玻璃屏、测微目镜、读数显微镜、白炽灯、氦氖激光器
5、、短焦距扩束透镜、光具座、滑块等.2实验原理 双棱镜是由玻璃制成的等腰三角形棱镜，有两个非常小的小棱角（约1）和一个非常大的钝角.其干涉光路如图所示，经钠光灯N照明，从狭缝S发出的单色光经双棱镜B折射后形成两束相干光，它们相当于从狭缝S的两个虚像S1和S2射出的两束相干光，在两束光的重叠区域发生干涉，结果在观察屏P上形成等间距的明暗交替的直线状干涉条纹.3实验光路 实验光路如图所示，N是钠光灯，S为宽度可调的狭缝，B是双棱镜（镶嵌在一金属框内，棱脊方位可微调），E是测微目镜，L为凸透镜.为了便于调节和测量，将所有仪器、元件都安装在光具座上.双棱镜干涉实验与双缝干涉实验的原理基本相同，不同之处在
6、于双棱镜干涉是以两个虚像为两个相干光源代替两条狭缝，两个虚像光源之间的距离即为狭缝之间的距离，其他情况基本相同.干涉图样及明暗条纹宽度的变化【例证1】（2012浦东新区模拟）在观察光的双缝干涉现象的实验中：（1）将激光束照在如图所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图中的（）（2）换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将 ；保持双缝间隙不变，减小双缝到光屏的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将 （以上空格均选填“变宽”、“变窄”或“不变”）.【规范解答】（1）激光是单色相干光，单色光的双缝干涉图样为等间距的明暗条纹，故A正确.（2）由双缝干涉条纹间距公式 可知，在光波
7、波长不变及保持双缝到光屏的距离不变的情况下，减小双缝间距d，x增大，即x变宽；在光波波长不变及保持双缝间隙不变的情况下，减小双缝到光屏的距离l，则x变窄.答案：（1）A （2）变宽 变窄 xd l 测量头使用和测量数据的处理【例证2】某同学设计了一个测定激光波长的实验，装置如图所示，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内，感光片的位置上出现一排等距的亮线（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条纹中心线时如图甲所示，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
8、所示，游标卡尺的示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图丁中游标卡尺的示数为 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）（3）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两亮条纹的距离将_.【规范解答】（1）依题意知实验发生了干涉现象，说明激光器发出的是相干光.（2）图丙中游标卡尺的示数为：11 mm+0.14 mm=11.4 mm 图丁中游标卡尺的示数为：16 mm+0.17 mm=16.7 mm 实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量时的偶然误差.由公式 得 6.6107 m xd l6
9、10.516.7 11.410dx4 m1（）l（3）如果实验时将红激光换成蓝激光，由于减小，则x变小.答案：（1）相干 （2）11.4 16.7 减小测量时的偶然误差6.6107 （3）变小 1.在用单色光做双缝干涉的实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（）A.第三级暗纹到两缝距离之差为波长的1.5倍 B.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的1.5倍 C.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍 D.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的3倍【解析】选D.根据出现亮暗条纹的条件：当 时，在屏上P点出现亮条纹.n=0时，在屏中央出现第零级亮纹，
10、n=1时，在屏上出现第一级亮纹，当 时，在屏上出现暗条纹，n=1时，在屏上出现第一级暗纹，n=2时，在屏上出现第二级暗纹.综上所述，A、B、C错，D正确.21|S PS P|n 21|S PS P|2n 1 2（）2.（2010江苏高考）如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.3010-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.9510-7 m.则在这里出现的应是 （选填“明条纹”或“暗条纹”）.现改用波长为6.3010-7 m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将 （选填“变宽”、“变窄”或“不变”）.【解析】由 可知,路程差是半波长的奇数倍,是暗条纹.由 变大
11、,x变大.答案：暗条纹 变宽 777.95 101.55.30 10lx,d l3.在开展探究性学习的活动中，小明和冬英分别设计了观察光的干涉现象的实验.（1）小明设计的实验装置如图所示，注意调节使它们的中心在同一条直线上.小明利用图中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法中正确的是（）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.换一个两缝间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是（）A.相邻干涉明条纹之间的距离相等 B.中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍 C.
12、去掉滤光片后，干涉现象消失 D.去掉单缝后，实验效果不变 小明反复调整装置，直到像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，当移动像屏时，下列说法中正确的是（）A当像屏向双缝略微移近时，像屏上的干涉条纹将变得模糊不清 B当像屏向双缝略微远离时，像屏上的干涉条纹将变得模糊不清 C当像屏向双缝略微移近时，像屏上的干涉条纹依然清晰 D当像屏向双缝略微远离时，像屏上的干涉条纹依然清晰（2）冬英设计的实验如图所示，其中S为 单色光源，A为一个顶角略小于180的等 腰三角形棱镜，P为光屏.S位于棱镜对称轴 上，屏与棱镜底边平行，调节光路，可在屏上观察到干涉条纹，这是由于光源S发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时两
13、个分别位于图中S1和S2位置的相干光源所发出的光的叠加，（S1和S2的连线与棱镜底边平行.）已知S1和S2的位置可由其他 实验方法确定，类比“双缝干涉测波长”的实验，可以推测出若要利用“双棱镜干涉”测量光源S发出的单色光的波长时，需要测量的物理量是 、_ 和 .【解析】（1）由公式 可知，d、不变时，l减小，x减小，故A正确.将滤光片由蓝色换成红色，即增大，则x增大，故B正确.由于单缝到双缝距离的变化对x没有影响，故C错.在l、不变时，d增大，x减小，故D正确；xd l由公式 可知，单色光的干涉条纹是等间距的，故B错，A正确.去掉滤光片后，就是白光的干涉，干涉图样是彩色的，故C错.在去掉单缝后
14、，白炽灯上各点光源都可照到双缝上，都可成为相干光源，每个点光源在屏上都会产生干涉图样，相叠加的结果可能观察不到干涉图样，故D错；干涉现象的发生与屏至双缝间距无关，不管它们之间的距离是移近些还是移远些，都会有清晰的干涉图样，故A、B错，C、D正确；xd l（2）双棱镜干涉实验与双缝干涉实验计算条纹间距公式一样，都是 因此要测量波长，必须测量S1与S2间的距离，S1（或S2）与光屏间的距离，干涉条纹间距.答案：（1）A、B、D A C、D （2）S1与S2间的距 离 S1（或S2）与光屏间的距离 干涉条纹间距 xd，l4.（2012北海模拟）如图表示某双缝干涉的实验装置，当用波长为0.4 m的紫光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中央亮条纹外，两侧只看到各有3条亮条纹，若换用波长为0.6 m的橙光做实验，那么该像屏上除中央亮条纹外，两侧各有几条亮条纹？【解析】设用波长为0.4 m的光入射，条纹宽度为x1，则 屏上两侧各有3条亮纹，则屏上第三条亮纹到中心距离为3x1.用0.6 m光入射，设条纹宽度为x2，则 设此时屏上有x条亮纹，则有xx23x1 所以 代入数据解得x2，所以两侧各有2条亮纹 答案：2条 11xd，l22xd，l21x3ddll