2018届高中物理第一轮专题复习全套学案：选修3-4实验15用双缝干涉测量光的波长.docVIP

实验十五　用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1．理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器． 2．观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样． 3．掌握利用公式Δx＝λ测波长的方法． 二、实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ＝d·Δx/l. 三、实验器材 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、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺． 附：测量头的构造及使用 如图1甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板的中心刻度对齐条纹的中心，如图乙，记下此时手轮上的读数．然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的刻度．两次读数之差就表示这两个亮条纹间的距离． 图1 实际测量时，要测出n条亮条纹(暗条纹)的宽度，设为a，那么Δx＝. 四、实验步骤 1．安装仪器 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示． 图2 (2)接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光．调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏． (3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝相互平行． 2．观察与记录 (1)调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹． (2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹． (3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离Δx＝. (4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长． 3．数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式λ＝Δx计算波长．重复测量、计算，求出波长的平均值． 五、误差分析 测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距Δx测量不准，或双缝到屏的距离测不准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用多次测量取平均值的方法来减小误差． 六、注意事项 1．调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮． 2．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上． 3．调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条纹间的距离． 4．不要直接测Δx，要测多个亮条纹的间距再计算得Δx，这样可以减小误差． 5．白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层． 记忆口诀亮光源、滤光片，单缝双缝成一线；遮光筒、测量头，中间有屏把像留；单缝双缝平行放，共轴调整不能忘；分划线、亮条纹，对齐平行测得准；n条亮纹读尺数，相除可得邻间距；缝距筒长记分明，波长公式要记清. 例1　在“用双缝干涉测光的波长”实验中： (1)实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，现准备了下列仪器：A.光源，B.双缝片，C.单缝片，D.滤光片，E.毛玻璃(其中双缝片和光屏连在遮光筒上)．把以上仪器安装在光具座上时，正确的排列顺序是____________． (2)关于本实验，正确的说法是(　　) A．实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行 B．观察到的白光的干涉图样是：可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧 C．看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的间距比绿条纹的间距大 D．测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数 例2　利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d＝0.4 mm，双缝到光屏的距离l＝0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图3所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示，则： 图3 (1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝______mm，xB＝______mm，相邻两条纹间距Δx＝______mm； (2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长λ＝________m； (3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变大”、“不变”或“变小”)． 例3　在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图4所示的方法，让激光束通过自制的双缝． 图4 (1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距