第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長

第4節(jié)實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長

實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、米尺。

實(shí)驗(yàn)步驟1．器材的安裝與調(diào)整(1)先將光源、遮光筒依次放于光具座上，如圖所示，調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的一束光沿著遮光筒的軸線把屏照亮。(2)將單縫和雙縫安裝在光具座上，使光源、單縫及雙縫三者的中心位于遮光筒的軸線上，并注意使雙縫與單縫相互平行，在遮光筒有光屏一端安裝測量頭，如圖所示，調(diào)整分劃板位置到分劃板中心刻線位于光屏中央。2．觀察雙縫干涉圖樣(1)調(diào)節(jié)單縫的位置，使單縫和雙縫間距離保持在5～10cm，使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時(shí)通過測量頭上的目鏡觀察干涉條紋，若干涉條紋不清晰，可通過遮光筒上的調(diào)節(jié)長桿輕輕撥動(dòng)雙縫，即可使干涉條紋清晰明亮。在屏上就會(huì)看到白光的雙縫干涉圖樣。(2)將紅色(或綠色)濾光片放置在單縫前面，通過目鏡可看到單色光的雙縫干涉條紋。(3)在光源及單縫之間加上一凸透鏡，調(diào)節(jié)光源及單縫的位置，使光源燈絲成像于單縫上，可提高雙縫干涉條紋的亮度，使條紋更加清晰，如圖所示。誤差分析1．測雙縫到屏的距離l帶來的誤差，可通過選用毫米刻度尺，進(jìn)行多次測量求平均值的辦法減小誤差。2．測條紋間距Δx帶來的誤差。(1)干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度。(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。(3)測量多條亮條紋間距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確。注意事項(xiàng)1．放置單縫和雙縫時(shí)，必須使縫平行。2．要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上。3．測量頭的中心刻線要對著亮(或暗)條紋的中心。4．要多測幾條亮條紋(或暗條紋)中心間的距離，再求Δx。5．照在光屏上的像很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般是因?yàn)閱慰p與雙縫不平行。(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作

[典例1]在“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)器材按要求安裝在光具座上，如圖所示。在實(shí)驗(yàn)前已獲知的數(shù)據(jù)有：雙縫的間距為d，雙縫到屏的距離為l。(1)為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，根?jù)已標(biāo)明的實(shí)驗(yàn)器材，可判斷出M處的實(shí)驗(yàn)器材是________。(2)分別選用紅色和藍(lán)色濾光片做實(shí)驗(yàn)，得到的干涉圖樣是四幅圖中的兩幅。則用紅色濾光片做實(shí)驗(yàn)得到的干涉圖樣是其中的________。(3)經(jīng)測量，紅光干涉相鄰兩條亮條紋間的距離為Δx，請據(jù)此寫出能夠反映紅光波長大小的表達(dá)式λ＝________。(4)該實(shí)驗(yàn)中l(wèi)＝700mm，已知d的數(shù)量級為10－4m，相鄰兩條亮條紋間距的數(shù)量級為10－3m，由此可推斷紅光的波長數(shù)量級約為________m。A．10－3

B．10－5C．10－7 D．10－9[微點(diǎn)撥](1)牢記實(shí)驗(yàn)儀器在光具座上的排列順序。(2)弄清干涉條紋寬度均勻的特點(diǎn)和寬度與波長的關(guān)系。(3)注意數(shù)據(jù)的單位和數(shù)量級。

[對點(diǎn)訓(xùn)練]1．如圖甲所示，在“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉儀按要求安裝在光具座上，已知雙縫與屏間的距離為l，雙縫間距為d。(1)調(diào)節(jié)儀器使分劃板的中心刻度對準(zhǔn)一條亮條紋的中心A，示數(shù)如圖乙所示，其示數(shù)為x1＝________mm。移動(dòng)手輪至另一條亮條紋的中心B，讀出其示數(shù)為x2。(2)寫出計(jì)算波長的表達(dá)式λ＝________(用x1、x2、l、d表示)。(3)若將濾光片由綠色換成紅色，其他條件不變，則屏上干涉條紋的間距將________(選填“增大”“減小”或“不變”)。(二)數(shù)據(jù)處理和誤差分析[典例2]

某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問題：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可________；A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)D．使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝________；(3)某次測量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為________nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。[對點(diǎn)訓(xùn)練]2．利用雙縫干涉測量單色光波長，某同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一次分劃板中心刻度對齊A條紋中心時(shí)(圖甲)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丙所示，第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時(shí)(圖乙)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示，已知雙縫間距為0.5mm，從雙縫到屏的距離為1m，則圖丙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_______mm，圖丁中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為______mm。在實(shí)驗(yàn)中，所測單色光的波長為_____m。在