2017-2018学年高中物理（沪科版,选修3-4）课件+教师用书+练习:第4章 4.2 用双缝干涉仪测定光的波长 （3份打包）

4.2　用双缝干涉仪测定光的波长 一、实验目的 1.了解光波产生稳定干涉图样的条件. 2.观察白光及单色光的双缝干涉图样. 3.掌握用公式Δx＝λ测定波长的方法. 4.会用测量头测量条纹间距离. 二、实验原理 1.相邻明纹(暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导 如图4­2­1所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l.双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0.对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2.在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看作直角三角形.有：r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ). 图4­2­1 则：x＝ltan θ≈lsin θ 有：r2－r1＝d 若P处为亮纹，则d＝±kλ，(k＝0,1,2，…) 解得：x＝±kλ.(k＝0,1,2，…) 相邻两亮纹或暗纹的中心距离：Δx＝λ. 2.测量原理 由公式Δx＝Δx计算出入射光波长的大小. λ可知，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，那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝ 3.条纹间距Δx的测定 如图4­2­2甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，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(向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，如图4­2­2乙所示记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝. 图4­2­2 三、实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺. 一、实验步骤 1.观察双缝干涉图样 (1)将光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上，如图4­2­3所示 图4­2­3 (2)接通电源，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，两者间距为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. 2.测定单色光的波长 (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；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的亮条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝. (3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离L. (4)将测出的L、Δx代入Δx＝λ求出光波的波长λ. (5)重复测量、计算，求出波长的平均值. (6)换用不同颜色的滤光片，重复实验. 二、数据处理 (1)对每次测量由公式Δx＝计算相邻两亮条纹间距. (2)对每次测量用公式Δx＝λ计算光波的波长. (3)对每种单色光的多次测量值求平均值作为该单色光波长的测量值. 三、注意事项 (1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行. (2)要保证光源、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应着亮(或暗)条纹的中心. (4)要多测几个亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δx. (5)调节的基本依据是：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所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行. 四、误差分析 本实验的误差主要来源于以下两个方面： (1)l的测量误差 因本实验中，双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用mm刻度尺测量，并用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时读数不准确. 实验探究1　实验操作过程及仪器读数 　在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图4­2­4所示)： 图4­2­4 (1)下列说法哪一个是错误的________.(填选项前的字母) 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.测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C.为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝ (2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图4­2­5所示，其示数为______mm. 图4­2­5 【解析】　(1)放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故A项错误. (2)按读数规则，读出示数为： 1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm. 【答案】　(1)A　(2)1.970 实验探究2　实验