4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第一册

长。实验原理，单色光通过双缝干涉后产生明暗相间的等距离条纹。干涉图样中相邻两条亮或暗条纹间的距离为德尔塔XD为两缝之间的距离，L为双缝到屏的距离，只要测得DL delta x根据公式就可以计算出单色光的波长。实验器材，这是双缝干涉实验装置，主要由以下几部分组成，光源、透镜。透镜的作用是使透过它的光线更加集中。这是一端装有丹凤的单凤筒，这是双单色的光，通过双缝可以发生干涉现象。这是遮光筒毛玻璃，我们可以通过目镜在这个毛玻璃瓶上观察到干涉条纹，这是可以拨动的拨杆。实验步骤，将遮光筒平行的放在光具座上，安装光源，使光源与遮光筒等高。安装凸透镜，使凸透镜与遮光筒等高，这样可以使光经过凸透镜后，沿着遮光筒的轴线把平照亮。在遮光筒的左端装上双凤片。外面套上单缝筒，使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的终点位于遮光筒的轴线上。在遮光筒的另一端装上带有测量头的观察屏。安装拨杆。边观察边左右拨动，单缝管上的拨杆是单双凤平行，直至看到最清晰的干涉条纹。在丹凤与光源之间放上红色滤光片，可以观察到单色虹光的双缝干涉图样相邻的两条亮条纹间的距离。Delta x需要用测量头测出，测量时应使分化板的中心刻线与某条亮条纹的中心对齐，此时为第一条刻线，记下首轮上的读数，A一为6.98毫米，然后转动测量头，使分划板中心刻线与第四条条纹的中心对齐，此时为第四条刻线，再次记下首轮上的读数，测得A4为12.30毫米。两次读数之差表示第一条到第四条亮条纹间的距离计算，得出A等于5.32毫米，再由公式delta x等于A除以N减1，求出相邻两条条纹的距离差。德耳塔X等于1.77毫米，双缝距离D等于0.25毫米，双缝到屏的距离可以用刻度尺测出，L等于700毫米，根据lambda等于D除以l delta x计算出红光的波长等于632纳米。更换一个D等于0.2毫米的双缝，重新测量，填入表格中，并计算出红光波长的平均值为642纳米。更换一个蓝光滤光片，用不同间距的双缝做实验，观察干涉条纹的变化，计算出蓝光的波长为430纳米。本实验的注意事项，一、放置单缝和双缝时，必须使缝平行。2、要保证光源、透镜、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。3、测量头的中心，刻线要对着亮或暗纹的中心。四要多测几条亮纹或暗纹中心间的距离，再求德耳塔X。 实验：用双缝干涉测量光的波长 郭雪鹏 临泉一中 4 4 可见光波长大约390nm~760nm.托马斯·杨利用双缝干涉测量得到可见光波长. 一、实验原理 相邻亮条纹中心距离为， 移项得到， 由双缝间距d、屏到双缝距离l 和条纹间距∆x，即可算出波长。 l d 3 二、实验装置 光源发出的光经过透镜会聚照射在单缝上，单缝前面装有滤光片，经过滤光片后成为单色光.单缝相当于线光源，照亮双缝。来自双缝的光是相干光，在毛玻璃屏上观察干涉条纹. 实验装置 滤光片 三、物理量的测量 双缝间距d ：已知量 双缝到屏距离l: 刻度尺度量 干涉条纹间距∆x 测量头由分划板、目镜、手轮等构成.转动手轮，分划板左右移动.测量时使分划板中心线与某亮条纹中心对齐，记下手轮上的读数为a1。转动手轮，使分划板中心刻线与第n个亮条纹中心对齐，再次记下手轮上的读数a2。 条纹间距： 分划板中央刻线 四、实验步骤 1.安装仪器，调节光源中心、单缝中心、双缝中心在遮光筒的中心轴线上． 2.使光源发光，在光源和单缝之间加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一亮条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一亮条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n. 3．将两次手轮的读数相减，求出n个亮条纹间的距离，算出条纹间距，求出此单色光的波长. 4．改变分划板中心线移动经过的条纹数目n，记录手轮读数，计算条纹间距和波长. 5.求出波长平均值作为单色光的波长测量值. 五、数据处理 单色光 项目 红光 1 2 3 双缝距离d/mm 手轮读数a1/mm 手轮读数a2/mm 条纹数目/个 相邻条纹间距∆x/mm 双缝到屏距离l/mm 波长λ/nm 波长λ平均值/nm 1.条纹间距∆x 测量方法 测量第1个到第n个亮条纹中心间的距离a(=a2-a1)，条纹间距的数目适当多一些(比如4到5个)，减小距离测量误差。 ∆x=a/(n-1) 2.波长计算方法 λ=∆xd/l 六、注意事项 1.单缝和双缝必须平行 2.光源、透镜、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上，使条纹和分划板中心线平行. 3.测量头中心刻线对着亮条纹中心或暗条纹中心 4.多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，减少距离测量的误差 例题 在双缝干涉测量光波长实验中,双缝间距为0.3mm,以某种单色光照射双缝时,在离双缝1.2m远的屏上,用测量头测量条纹间的宽度:先将测量头的分划板中心划线与某亮纹中心对齐,将该条纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如左图所示;然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,手轮读数如右图所示.光的波长是多少？ 解：读a1=2mm+0.01mm×33.2=2.332mm 读数a2=15mm+0.01mm×37.5=15.375mm 5个条纹间距为a=a2-a1=13.043mm 相邻条纹间距∆x=a/5=2.6086mm d=0.3mm l=1.2m 课堂练习 如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置． (1)实验中，观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________． A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 C (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________． A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 D 用传感器做双缝干涉实验 课堂小结 一、实验原理 二、实验装置 三、实验步骤 四、数据处理 1.条纹间距测量方法 2.波长计算公式 五、误差分析 作业 “练习与应用”写在教材上 $$干涉的实验仪器。激光光源和偏振片双凤组件。铁架台光屏带有白色狭长矩形的小河，是光强分布传感器、数据采集器、计算机。实验步骤。打开激光光源盒。调节各组件间的位置。使激光竖直通过偏振片双凤组，最后照射到下端的白屏上，调节偏振片，改变通过双缝的激光的光线强度，使白屏上出现清晰的明暗相间的条纹。将光强分布传感器放在双缝的下端，使激光刚好照在传感器CCD端口上，沿矩形传感器的长边分布着许多光敏单元。将光强传感器通过数据采集器与电脑相连，传感器各个光敏单元得到的光照信息经过计算机的处理后在显示器上显示出来，根据显示器上干涉图像的条纹间距就可以计算出光的波长。点击开始记录，坐标图中出现了双缝干涉的相对光强分布规律。点击页面的停止记录按钮。点击选择区域按钮，选择整数个完整的干涉波形。输入双缝间距以及双缝组件与光强分布传感器之间的距离。按条纹个数点击计算波长按钮，软件自动计算出激光波长为662纳米。本实验使用的激光器发射的红色激光波长为650纳米，实验测得的波长与实际波长基本一致。