第4章 4.2 用雙縫干涉儀測(cè)定光的波長(zhǎng)

1、.4.2用雙縫干預(yù)儀測(cè)定光的波長(zhǎng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干預(yù)圖樣的條件.2.觀察白光及單色光的雙縫干預(yù)圖樣.3.掌握用公式x測(cè)定波長(zhǎng)的方法.4.會(huì)用測(cè)量頭測(cè)量條紋間間隔 .二、實(shí)驗(yàn)原理1.相鄰明紋暗紋間的間隔 x與入射光波長(zhǎng)之間的定量關(guān)系推導(dǎo)如圖4­2­1所示，雙縫間距為d，雙縫到屏的間隔 為l.雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0.對(duì)屏上與P0間隔 為x的一點(diǎn)P，兩縫與P的間隔 PS1r1，PS2r2.在線段PS2上作PMPS1，那么S2Mr2r1，因dl，三角形S1S2M可看作直角三角形.有：r2r1dsin 令S2S1M.圖4­2­

2、1那么：xltan lsin 有：r2r1d假設(shè)P處為亮紋，那么d±k，k0,1,2，解得：x±k.k0,1,2，相鄰兩亮紋或暗紋的中心間隔 ：x.2.測(cè)量原理由公式x可知，在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，d是雙縫間距，是的；l是雙縫到屏的間隔 ，可以測(cè)出，那么，只要測(cè)出相鄰兩明條紋或相鄰兩暗條紋中心間距x，即可由公式x計(jì)算出入射光波長(zhǎng)的大小.3.條紋間距x的測(cè)定如圖4­2­2甲所示，測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，測(cè)量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，讓分劃板中心刻線與干預(yù)條紋平行，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板向左向右挪動(dòng)至分劃板的中心刻線與條紋的中心對(duì)齊，如圖4­2­

3、;2乙所示記下此時(shí)讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，用同樣的方法測(cè)出n個(gè)亮紋間的間隔 a，可求出相鄰兩亮紋間的間隔 x.圖4­2­2三、實(shí)驗(yàn)器材雙縫干預(yù)儀包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測(cè)量頭，其中測(cè)量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等、學(xué)生電源、導(dǎo)線、米尺.一、實(shí)驗(yàn)步驟1.觀察雙縫干預(yù)圖樣1將光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上，如圖4­2­3所示圖4­2­32接通電源，翻開開關(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，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距為5

4、10 cm.這時(shí)可觀察白光的干預(yù)條紋.5在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干預(yù)條紋.2.測(cè)定單色光的波長(zhǎng)1安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可明晰觀察到干預(yù)條紋.2使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線挪動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2；并記下兩次測(cè)量的亮條紋數(shù)n，那么相鄰兩亮條紋間距x.3用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間的間隔 L.4將測(cè)出的L、x代入x求出光波的波長(zhǎng).5重復(fù)測(cè)量、計(jì)算，求出波長(zhǎng)的平均值.6換用不同顏色的濾光片，重復(fù)實(shí)驗(yàn).二、數(shù)據(jù)處理1對(duì)每次測(cè)量由公式x計(jì)算相鄰兩亮條紋間距.2對(duì)每次測(cè)量用公式x計(jì)算光波的波長(zhǎng).3對(duì)每種單色光的屢次測(cè)量

5、值求平均值作為該單色光波長(zhǎng)的測(cè)量值.三、本卷須知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(cè)量頭的中心刻線要對(duì)應(yīng)著亮或暗條紋的中心.4要多測(cè)幾個(gè)亮條紋或暗條紋中心間的間隔 ，再求x.5調(diào)節(jié)的根本根據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫測(cè)量頭與遮光筒不共軸所致；干預(yù)條紋不明晰一般是因?yàn)閱慰p與雙縫不平行.四、誤差分析本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)源于以下兩個(gè)方面：1l的測(cè)量誤差因本實(shí)驗(yàn)中，雙縫到屏的間隔 非常長(zhǎng)，l的測(cè)量誤差不太大，但也應(yīng)選用mm刻度尺測(cè)量，并用屢次測(cè)量求平均值的方法減小誤差.2測(cè)條紋間距x帶來(lái)的誤差干預(yù)條紋沒(méi)有調(diào)到最明晰的程

6、度.分劃板刻線與干預(yù)條紋不平行，中心刻線沒(méi)有恰好位于條紋中心.測(cè)量多條亮條紋間距時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確.實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及儀器讀數(shù)在“用雙縫干預(yù)測(cè)光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)裝置如圖4­2­4所示：圖4­2­41以下說(shuō)法哪一個(gè)是錯(cuò)誤的_.填選項(xiàng)前的字母A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時(shí)，應(yīng)放上單縫和雙縫B.測(cè)量某條干預(yù)亮紋位置時(shí)，應(yīng)使測(cè)微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對(duì)齊C.為了減少測(cè)量誤差，可用測(cè)微目鏡測(cè)出n條亮紋間的間隔 a，求出相鄰兩條亮紋間距x2測(cè)量某亮紋位置時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖4­2­5所示，其示數(shù)為_mm.圖4­

7、2­5【解析】1放上單縫和雙縫后，由于發(fā)生干預(yù)現(xiàn)象沒(méi)法調(diào)節(jié)光源的高度，故A項(xiàng)錯(cuò)誤.2按讀數(shù)規(guī)那么，讀出示數(shù)為：1.5 mm47.0×0.01 mm1.970 mm.【答案】1A21.970實(shí)驗(yàn)探究2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理利用雙縫干預(yù)測(cè)定單色光波長(zhǎng)，某同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一次分劃板中心刻度對(duì)齊A條紋中心時(shí)圖4­2­6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(duì)齊B條紋中心時(shí)圖乙，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示，雙縫間距為0.5 mm，從雙縫到屏的間隔 為1 m，那么圖丙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_ mm.圖丁游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_ mm.在實(shí)驗(yàn)中，所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為_ m.在本實(shí)驗(yàn)中假如在雙縫上各有一個(gè)紅色和綠色濾光片，那么在光屏上將_選填“能或者“不能看到明暗相間的條紋.圖4­2­6【解析】根據(jù)游標(biāo)卡尺的原理，可讀出圖丙的示數(shù)為11.4 mm；圖丁