1、4实验：用双缝干涉测量光的波长一、实验目的 1. 了解光波产生稳定干涉图样的条件 2. 观察白光及单色光的双缝干涉图样 3. 掌握用公式x测定波长的方法 4. 会用测量头测量条纹间距离二、实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺. 三、实验原理 1. 相邻明纹(暗纹)间的距离x与入射光波长之间的定量关系推导如图1341所示，双缝间距d，双缝到屏的距离l.双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0.对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1r1，PS2r2.在线段PS2上作PMPS1
2、，则S2Mr2r1，因dl，三角形S1S2M可看作直角三角形有：r2r1dsin (令S2S1M)图1341则：xltan lsin 有：r2r1d若P处为亮纹，则dk，(k0，1，2，)解得：xk.(k0，1，2，)相邻两亮纹或暗纹的中心距离：x. 2. 测量原理由公式x可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距x，即可由公式x计算出入射光波长的大小 3. 条纹间距x的测定图1342如图1342甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分
3、划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，如图1342乙所示记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离x.一、实验过程 1. 按图1343所示安装仪器图1343 2. 将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上 3. 使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹) 4. 加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使
4、分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n. 5. 将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，利用公式xa/(n1)，算出条纹间距，然后利用公式x，求出此单色光的波长(d仪器中已给出，l可用米尺测出) 6. 换用另一滤光片，重复步骤3、4、5，并求出相应的波长二、注意事项 1. 单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝距离应相等 2 .测双缝到屏的距离l可用米尺测多次取平均值 3. 测条纹间距x时，用测量头测出n条亮(暗)纹间的距离a，求出相邻的两条亮(暗)纹间的距离x.三、误差分析本实验为测量性实验，因此应尽一
5、切办法减少有关测量的误差 1. 双缝到屏的距离l的测量误差因本实验中双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用毫米刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小相对误差 2. 测条纹间距x带来的误差(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心(3)测量多条亮条纹间距时读数不准确利用图1344中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：图1344A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
6、消失其中正确的是_【解析】由条纹间距公式x，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正确将单缝向双缝移动一小段距离后，对条纹间距没有影响，故C错；滤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E错【答案】ABD仪器的使用和数据处理(2012潍坊高二检测)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图1345甲所示，并选用缝间距d0.2 mm的双缝屏从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l700 mm.然后，接通电源使光源正常工作乙丙图1345(1)已知测量头主尺的
7、最小刻度是毫米，副尺上有50个分度某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图1345乙(a)所示，图1345乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图1345乙(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图1345丙(a)所示，此时图1345丙(b)中游标尺上的读数x2_ mm；(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x_ mm；这种色光的波长_ nm.【解析】(1)由游标尺的读数规则可知：x2(15.010.02) mm15.02 mm；(2)题图乙(a)中暗纹与题图丙(a)中暗纹间的间隔为6个，故x2.3
8、1 mm；由x可知6.6102 nm.【答案】(1)15.02(2)2.316.6102 1. (2013洛阳检测)双缝干涉实验中，观察到的某单色光的干涉图样是()A中间宽、两边窄的条纹B等宽度但不等间隔的条纹C平行、等间距的条纹D等间距但不平行的条纹【解析】熟记双缝干涉条纹特点，由x知各间距相等【答案】C 2 .(2011北京高考)如图1346所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()图1346A增大S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光 D将绿光换为紫光【解析】双缝干涉的条纹间距公式：x，增大S1与S2的间
9、距就是增大d，所以条纹间距变小，A错误；减小双缝屏到光屏的距离就是减小l，条纹间距减小，B错误；红光波长比绿光波长长，紫光波长比绿光波长短，所以将绿光换为红光可使条纹间距增大，C正确，D错误【答案】C 3. 某同学在做双缝干涉实验时，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不一致，相差较大B滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度C单缝与双缝不平行D光源发出的光太强【解析】安装实验器材时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒的轴线上，单缝与双缝要互相平行才能使实验成功当然还要使光源发
10、出的光束不能太暗，据上述分析可知选项A、C正确【答案】AC 4 .用双缝干涉测光的波长实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：A.白炽灯、B.单缝片、C.光屏、D.双缝片、E.滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：_.(2)正确调节后，在屏上观察到红色的干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有a_b(填“大于”“等于”或“小于”)【答案】(1)AEBDC(2)大于 5 .用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为L75.
11、0 cm，如图1347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分划线对准如图丙所示的第1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x1_ mm，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5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，则游标卡尺的读数x2_ mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是_ mm.甲乙丙丁戊己图1347【解析】由游标卡尺读数规则读出x10.3 mm，x29.5 mmx mm mm6.1104 mm.【答案】0.39.56.1104 6 .(2013重庆一中检测)(1)某同学
12、用如图1348甲所示的实验装置，做“用双缝干涉测光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离x.转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第1亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丙的示数x1_ mm；图丁的示数x2_ mm.如果实验中所用的双缝间的距离d0.20 mm.双缝到屏的距离L60 cm，则计算波长的表达式_(用已知量和直接测量量的符号表示)根据以上数据，可得实验中测出的光的波长_ m.甲乙丙丁图1348(2)在
13、上述实验中，以白光为光源，将光源与单缝间的滤光片取走，在屏上能观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时_(填字母代号)A只有红色和绿色的干涉条纹，其他颜色的干涉条纹消失B红色和绿色的干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹仍然存在C任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光D屏上无任何亮点【解析】(1)由丙图可看出，个位为0，游标尺的第17个刻度与主尺对齐，则小数部分为0.0517 mm0.85 mm，所以丙尺示数为0.85 mm.同理，丁图示数为x28 mm0.0519 mm8.95 mm.由干涉条纹的相邻亮纹间距公式x得(x2x1)代入数据得(8.950.85)103 m5.4107 m.(2)发生双缝干涉的条件是两列光波频率相等，而红绿，不能发生干涉，但光仍能通过双缝传播到屏上，C正确【答案】(1)0.858.95(x2x1)5.4107(2)C