第四章 5 实验 用双缝干涉测量光的波长-【导与练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（新教材，教科版）

5　实验:用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1.观察白光及单色光的干涉图样。 2.测定单色光的波长。 二、实验原理 光源发出的白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。根据Δx=λ可以计算出单色光的波长。公式中d为双缝间的距离,Δx为相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离,l为双缝与屏之间的距离,实验中d一般是已知的,所以测出l、Δx即可测出光的波长。 三、实验器材 双缝干涉实验仪:包括光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、拨杆、遮光管、测量头、光具座及刻度尺等。 一、实验步骤 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,使单缝与双缝平行。 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,并记下它在游标尺上的读数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=。待测的光波波长为λ==·。式中d为双缝中心距离,其数值刻在双缝座上,一个为0.250 mm,另一个为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。 7.改变双缝中心距离d,重复上面的步骤,再测一次。 二、数据处理 1.用测量头测量某单色光干涉图样的条纹间距Δx=。 2.将l、d、Δx代入Δx=λ,求出光的波长λ。重复测量、计算,求出波长的平均值。 3.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。 三、误差分析 本实验为测量性实验,因此应尽一切办法减少有关测量的误差。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l和Δx的测量。光波的波长很小,l、Δx的测量对波长的影响很大。 1.测双缝到屏的距离l带来的误差 可选用毫米刻度尺测量,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。可通过调节遮光筒的拨杆,以调节单、双缝的位置。 (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。转动测量头手轮,使中心刻线对齐某亮条纹中心。 (3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。利用“累积法”测n条亮条纹间距,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。 四、注意事项 1.单缝、双缝应相互平行,其中心大致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.测量头的中心刻线要对应着亮条纹的中心。 4.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=。 类型一　测量条纹间距的方法和波长的计算 [例1] 如图甲所示为“用双缝干涉测量光的波长”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遮光管、⑥测量头。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。  (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,螺旋测微器上的读数如图乙所示。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,螺旋测微器上的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距为　　　mm。(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。(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,这时可以去掉的部分是　　　。(选填数字代号)  解析:(1)首先需要获取单色光,所以在光源后面需要有滤光片,然后要获取线光源,后面需要有单缝,要进行双缝干涉实验,所以在单缝后面是双缝。根据Δx=λ知,为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可采取增大双缝到光屏的距离或减小双缝间距离的方法。 (2)分划线对准第1条亮条纹的中央,螺旋测微器上的读数如图乙