第05章 第02讲 学生实验：用双缝干涉测量光的波长-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（教科版选修3-4）

第2讲　学生实验：用双缝干涉测量光的波长 [目标定位]　1.了解用双缝干涉测量光的波长的实验原理.2.知道影响干涉条纹间距的因素.3.观察白光及单色光的干涉图样.4.能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长． 一、实验原理 相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距是Δx＝λ，根据这个公式，可以得出单色光的波长． 二、实验器材 双缝干涉实验仪(主要部件有遮光管、照明系统、双缝、观察筒及测量头．照明系统是指光源灯泡、透镜、遮光板，单缝及滤光片，测量头包括游标尺、分划板、滑块座、滑块、目镜、手轮等)．[来源:Z_xx_k.Com] 三、条纹间距Δx的测定 测量时，先移动测量头上的手轮，把分划线对准某一条亮条纹(或暗条纹)，并记下它在游标尺上的读数x1，然后转动手轮，把分划线对准第n条干涉亮条纹(或暗条纹)，记下游标尺的读数xn，则相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离为Δx＝. 想一想　实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离Δx，而要测出n个亮条纹间的距离，再求平均值？ 答案　由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差． 一、实验原理 1．光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹． 2．若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮条纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝.实验中d是已知的，测出l、Δx即可测出光的波长λ. 二、实验步骤(如图1所示为安装仪器示意图) 图1 1．把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行． 2．在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直．再装好单缝管． 3．让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高．灯丝与单缝之间的距离约为25 cm.点亮灯泡，上下或左右调节灯泡，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心． 4．在遮光管的另一端装上测量头．在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的干涉条纹最清晰． 5．测量单色光波长时，在单缝前面加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，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量． 6．先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹或者暗条纹，并记下它在标尺上的读数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条(一般n可取7左右)干涉亮条纹或者暗条纹，这时游标尺的读数为xn，则相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离为Δx＝.式中d为双缝中心距离，其数值刻在双缝座上，一块为0.250 mm，另一块为0.200 mm.l为双缝至光屏(即分划板)之间的距离，当遮光管未接长管时，l＝600 mm；当遮光管接上长管后，l＝700 mm.·＝.待测的光波波长为：λ＝ 7．改变双缝间的距离d，重复上面步骤，再测量一次． 例1　某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图2甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是(　　) 图2 A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 解析　由甲和乙两图可知改变条件以后条纹变宽，由Δx＝λ可知，只有B正确． 答案　B[来源:学科网] 三、注意事项与误差分析 1．注意事项 (1)单缝、双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等． (2)测双缝到屏的距离l时用毫米刻度尺多次测量取平均值． (3)测条纹间距Δx时，用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝. 2．误差分析 实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意Δx的测量．光波的波长很小，Δx的测量对波长的影响很大． Δx利用测量头测量．可利用“累积法”测n条亮条纹间的距离a，再求Δx＝，并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差． 例2　(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，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的轴线不一致，相差较大 B．没有安装滤光片 C．单缝与双缝不平行 D．光源发出的光束太强 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，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功．当然还要使光源发出的光束不致太暗．综上所述，可知选项A、C正确． 答案　AC 实验原理与数据处理 1．图3为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤