实验04 用双缝干涉测量光的波长-【同步实验课】2023-2024学年高二物理物理教材实验大盘点

实验04 用双缝干涉测量光的波长 【实验目的】 1.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器。 2.掌握相邻亮条纹(或暗条纹)间距的计算公式Δx＝λ及推导过程。 3.观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 【实验设计】 1.实验原理 (1)干涉图样的获得：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，经双缝后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，如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。 (2)光的波长的测定：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即可计算出光的波长λ。 (3)测量Δx的方法：测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，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，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再同方向转动手轮，测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝。 2.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。 【实验步骤】 1.将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。 2.接好光源，闭合开关，使灯丝正常发光。 3.调节各元件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹。 5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 五、误差分析 1.测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。 2.测条纹间距Δx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离时读数不准确。 【注意事项】 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。 2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。 3.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm。 4.调节的基本依据：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线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。 5.测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。 6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。 要点1　实验原理与操作 【例1】 (2022·杭州高二期末)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中。 (1)在观察红光的干涉图样时，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、滤光片D、单缝E等光学元件，将白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为：________(选填“①”或“②”)。 ①C、D、E、B、A　　　②C、D、B、E、A (2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图所示。若要使两者对齐，该同学应如何调节________。 A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝 C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头 (3)为了使测得单色光的条纹间距增大，在其他条件不变情况下，以下做法合适的是________。 A.增大单缝与双缝间距 B.增大双缝与毛玻璃屏间距 C.更换双缝间距更小的双缝片 D.增强光源亮度 【例2】 (2023·河北高二期末)如图甲所示为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置。 (1)光具座上放置的光学元件依次为①光源(白炽灯)、②________、③________、④双缝、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取________________或________________的方法。 甲 (2)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央，手轮的读数如图乙所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距为________mm(计算结果保留3位小数)。 (3)如果双缝的间距为0.30 mm、双缝和光屏之间的距离为900 mm，则待测光的波长为________m(计算结果保留3位有效数字)。 (4)如果将图甲中①光源(白炽灯)换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是________(选填数字代号)。 要点2　科学探究之数据处理 1.安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转