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