1、光学 相 对 论 简 介5 实验：用双缝干涉测光的波长第十二章1.实验目的(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件.(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样.(3)测定单色光的波长.2.实验原理(1)光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹，若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹.(2)根据=可以计算出单色光的波长，公式中d为双缝间距离，x为相邻两条亮纹间的距离，L为双缝屏到像屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出L、x即可测出光的波长.DdxLx的测量可用测量头完成，如图12-5-1，测量头
2、由分划板、目镜、手轮等构成.通过测量头可清晰看到干涉条纹，分划板上中心有刻线，以此作标准，并根据手轮的读数可求得x，由于x较小，可测出n条亮(或暗)条纹的间距a，则相邻明纹间距离x=.1an 图12-5-13.实验器材双缝干涉仪：包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏、光具座、测量头及刻度尺等.4.实验步骤(1)观察双缝干涉图样将实验所需的器材按顺序安装在光具座上.把直径约10cm，长约1m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.(装置如图12-5-2)图12-5-2取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.放好单缝和双缝，单缝和双缝间
3、距离约为5cm10cm，并使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样.在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的干涉图样.(2)测定单色光的波长用米尺测出屏到双缝的距离L.转动手轮，分划板移动到使分划板中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数为亮纹1的位置，示意图如图12-5-3.图12-5-3转动手轮，使分划板中心刻线对准另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数，即为条纹n的位置，两次读数之差为这两条条纹间的距离a.相邻亮纹间距x=代入=(其中d在双缝上已标出)即可求得光波波长.换用不同滤光片，重复实验测量其他单色光的波长.1an dxL 5.注意事项(
4、1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行，间距大约5cm10cm.(2)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上.(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心.(4)要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求x.(5)调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般是单缝与双缝不平行所致.用双缝干涉测光的波长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C.光屏 D.双缝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(如图12-5-4所示)上，正确的排列顺序是：图1
5、2-5-4(2)正确调节后，测得各器材间的距离l1=0.01m,l2=0.01m,l3=0.8m,双缝间的距离d=0.3mm.通过测量头(与螺旋测微器原理相似，转动手轮一周，分划板前进或后退0.500mm)，观察标记为第1条亮条纹的位置如图12-5-5(a)所示，观察标记为第5条亮条纹的位置如图12-5-5(b)所示,则相邻两条亮条纹的间距x=mm，由上述数值可求得此单色光的波长为 m.图12-5-5 (1)元件安装在光具座上，正确的排列顺序是A(白炽灯)、E(滤光片)、B(单缝)、D(双缝)、C(光屏)；这种安装可以在光屏上看到干涉图样.(2)由 图 可 知，4x=6.40mm，x=1.60
6、mm由=dx/l3=6.010-7m.变式训练1:如图12-5-6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12-5-6 解析：用双缝干涉测光的波长的实验，是利用光的双缝干涉现象产生的条纹，通过测量条纹的宽度进行波长的测量，条纹宽度d与其他因素的关系为x=l，L为双缝到屏的距离，d为双缝间距离，l为光的波长 由此可见，各空的答案为：滤光片；单缝；双缝；减小双缝间距离；增大双缝到屏的距离Ld 利用双缝干涉测定光的波长实验中，取双缝间距d=0.5mm,双缝到光屏间距离L=0.5m,用某种
7、单色光照射双缝得到干涉图样如图12-5-7(a)所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图12-5-7(b)所示，则计算单色光的波长公式为 ,单色光的波长为 .图12-5-7 在利用双缝干涉测定光的波长实验中,分划板上的刻度可以确定相邻条纹的间距的大小,可以从游标尺的刻度的读数获得条纹间距,再求出波长.(1)由光的双缝干涉的理论可以知道,计算单色光的波长公式为=dx/L,可见,波长与双缝间距、双缝与光屏间距离及条纹间距有关.(2)由A位置和B位置的读数可知,条纹间距为x=10-3m=10-4m=m =6.4310-7m本题解答的关键是条纹间距的确定,要注意A和B之间共有7个条纹间距.15.
8、611.17457d xL340.5 1045 1070.5点评变式训练2：用白光做双缝干涉实验时，得到彩色的干涉条纹，下列正确的说法是()A干涉图样的中央亮纹是紫色的B在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹C在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹D在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关解析：白光是各种不同色光组成的复色光，光屏中央到两狭缝距离相等，各色光经双缝到达光屏中央的路程差为零，在光屏中央均出现亮纹，各色光复合成白光，所以中央亮纹为白色；由x=l可知，不同色光的干涉条纹间距x随波长的增大而增大，紫光的波长最短，所以靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹，选项C是正确的Ld