4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

实验：用双缝干涉测量光的波长 用三棱镜我们可以把太阳光分成连续分布的七种色光，因此我们知道了白光是由七种不同的颜色的单色光混合而成的，如果想要测量这七种色光的波长，我们应该采用什么方法？ 用不同的单色光进行双缝干涉实验，得到的是明暗相间的等间距的条纹，相邻亮(暗)条纹距离表达式为Δx＝λ。例如：红光的波长大于紫光的波长，同一实验装置得到的干涉图样中红光的条纹间距更大. 红光干涉条纹 紫光干涉条纹 一、实验思路 1.实验原理 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，由公式Δx＝___可知，只要再测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝_____计算出入射光波长的大小。 测量头通常有两种(如图所示)，但都由分划板、目镜、手轮等构成。 2.物理量的测量 (1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。 (2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离需用测量头测出。 二、实验器材 如图所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、目镜。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。 单缝 双缝 毛玻璃屏 测量头 游标卡尺(或螺旋测微器) 目镜 光源 滤光片 双缝 遮光筒 毛玻璃 单缝 测量头 透镜 装置实物图 三、实验步骤 1.将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 2.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。 3.调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒的轴线到达光屏。 通过透镜的汇聚作用，使经过单缝的光更集中。 4.安装双缝和单缝，尽量使缝的中点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，这时可观察白光的双缝干涉图样。 5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样。 6.测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx。 7.分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。 光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上 避免照在毛玻璃上的光很弱 直接测量相邻两亮条纹之间的距离误差较大，为了减小误差，我们一般测量n个亮条纹间的距离 四、数据分析 1.安装 ，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心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，则相 邻两亮条纹间距Δx＝_______。 测量头 3.用 测量双缝到屏间的距离l(d是已知的). 4.重复测量、计算，求出波长的平均值. 刻度尺 五、误差分析 1.误差来源 由于光波的波长很小，双缝到光屏的距离l和条纹间Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本实验误差的主要来源。 2.减少误差的方法 (1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。 (2)Δx的测量：使用测量头测量，测出n条亮条纹间的距离a，则Δx＝ ，同样可以多测几次求平均值，进一步减小实验误差。 六、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.常见问题的成因：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、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线对应着亮条纹的中心。 6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。 七、创新方案：用光传感器做双缝干涉的实验 1.实验装置 光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。 2.光传感器是一个小盒，在图中为白色狭长矩形部分，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示屏上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，从而算出光的波长。 3.这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便、形象地在显示屏上展示亮条纹的分布，并能定量地描绘传感器上各点的光照强度。 导练 1.(多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列几种说法正确的是 A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变小 B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变大 C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变大 D.换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变小 √ √ √ A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B.测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的