13.4 實(shí)驗(yàn)(2)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)

1、實(shí)驗(yàn)(2):用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)基礎(chǔ)梳理整合方法探究突破基礎(chǔ)梳理整合構(gòu)建能力大廈的奠基石一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察單色光的雙縫干涉圖樣。2.測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。4如圖甲所示,電燈發(fā)出的光,經(jīng)過(guò)濾光片后變成單色光,再經(jīng)過(guò)單縫S時(shí)發(fā)生衍射,這時(shí)單縫S相當(dāng)于一個(gè)單色光源,衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫S1和S2之后,再次發(fā)生衍射,S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個(gè)步調(diào)完全一致的單色相干光源,透過(guò)S1、S2雙縫的單色光波在屏上相遇并疊加,S1、S2到屏甲二、實(shí)驗(yàn)原理上P點(diǎn)的路程分別為r1、r2,兩列光波傳到P的路程差x=|r1-r2|,設(shè)光波波長(zhǎng)為。51.若x=n(n=0,1,2,),兩列波傳到P點(diǎn),互相加強(qiáng),P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋。

2、2.若x=(2n+1)(n=0,1,2,),兩列波傳到P點(diǎn),互相減弱,P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋。這樣就在屏上得到了平行于雙縫S1、S2明暗相間的干涉條紋。相鄰兩條明(暗)條紋間的距離x與入射光波長(zhǎng),雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關(guān),其關(guān)系式為:x=,因此,只要測(cè)出x、d、l即可測(cè)出波長(zhǎng)。6兩條相鄰明(暗)條紋間的距離x用測(cè)量頭測(cè)出。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。如圖乙所示。輪動(dòng)手輪,分劃板會(huì)左、右移動(dòng)。測(cè)量時(shí),應(yīng)使分劃板中心刻線對(duì)齊條紋的中心(如圖丙所示),記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a1;轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板向一側(cè)移動(dòng),當(dāng)分劃板中心刻線對(duì)齊另一條相鄰的條紋中心時(shí),記下手輪上的刻度數(shù)a2,兩次讀數(shù)

3、之差就是這兩條條紋間的距離,即x= |a1-a2|。7三、實(shí)驗(yàn)器材光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭、刻度尺。8四、實(shí)驗(yàn)步驟1.觀察雙縫干涉圖樣(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如圖丁所示。丁9(2)接好光源,打開(kāi)開(kāi)關(guān),使燈絲正常發(fā)光。(3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達(dá)光屏。(4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫平行,二者間距約510 cm。(5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。102.測(cè)定單色光的波長(zhǎng)(1)安裝測(cè)量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。(2)使分劃板中心刻線對(duì)齊

4、某條亮條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù),將該條紋記為第1條亮紋;轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù);將該條紋記為第n條亮紋,測(cè)出n個(gè)亮條紋間的距離a,則相鄰兩亮條紋間距x=。(3)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間距離l(d是已知的)。(4)重復(fù)測(cè)量、計(jì)算,求出波長(zhǎng)的平均值。11五、注意事項(xiàng)1.安裝時(shí),注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心,使之均在遮光筒的中心軸線上,并使單縫、雙縫平行。2.光源燈絲最好為線狀燈絲,并與單縫平行且靠近。3.光波的波長(zhǎng)很小,x、l的測(cè)量對(duì)波長(zhǎng)的影響很大,l用毫米刻度尺測(cè)量,x利用測(cè)量頭測(cè)量,可利用“累積法”測(cè)n條亮紋間距,再求出x=,并且采

5、用多次測(cè)量求的平均值的方法來(lái)進(jìn)一步減小誤差。4.分劃板上的刻線應(yīng)與干涉條紋亮(暗)線平行,否則會(huì)增大測(cè)量結(jié)果的誤差。12方法探究突破提升應(yīng)用技巧的突破口【例題】 如圖甲所示,在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中,光具座上放置的光學(xué)元件依次為光源、遮光筒、光屏。首先調(diào)節(jié)光源、元件的中心均位于遮光筒的中心軸線上,若經(jīng)粗調(diào)后透過(guò)測(cè)量頭上的目鏡觀察,看不到明暗相間的條紋,只看到一片亮區(qū),造成這種情況的最可能的原因是;若調(diào)至屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后,為增加相鄰亮紋(暗紋)間的距離,可采用或的方法。用測(cè)量頭去測(cè)量,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,移動(dòng)分劃板,第一次分劃板中心刻度線對(duì)齊A條紋中心時(shí),如圖乙中(1)所示,游標(biāo)卡尺的示數(shù)如

6、圖乙中(3)所示;第二次分劃板中心刻度線對(duì)齊B條紋中心時(shí)如圖乙中(2)所示,游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙中(4)14所示。已知雙縫的間距為0.5 mm,從雙縫到屏的距離為1 m,則乙圖(3)中游標(biāo)卡尺的示數(shù)是mm。乙圖(4)中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為mm,實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量多條干涉條紋寬度的目的是,所測(cè)光波的波長(zhǎng)為 m(保留兩位有效數(shù)字)。15解析:看不到明暗相間的條紋,表明經(jīng)單縫的光,未通過(guò)雙縫變成相干光,這是單縫、雙縫不平行造成的。根據(jù)x=知,若l增大或d減小,則x增大,即增大雙縫與光屏間的距離或減小雙縫間的距離。題圖乙(3)中,主尺整毫米數(shù)(游標(biāo)零刻度左邊)為11 mm,游標(biāo)尺示數(shù)為0.1 mm4=0.4 mm,所以游標(biāo)卡尺示數(shù)為11.4 mm。同理,題圖乙(4)中游標(biāo)卡尺示數(shù)為16.7 mm;由題圖乙(1)(2)知,AB間距為干涉條紋寬度的4倍,即|AB|=4x,又x=,得= mm=6.610-4 mm=6.610-7 m。由于干涉條紋寬度很小,為減小測(cè)量誤差與便于測(cè)量,采用測(cè)多條干涉條紋寬度的方法。16規(guī)律總結(jié):測(cè)量n個(gè)亮條紋的間距時(shí),有的讀數(shù)采用游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法,有的