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1、第1页 第二节第二节实验实验:用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长 第2页 一一 实验目的目的1.观察白光及察白光及单色光的干涉色光的干涉图样.2.测定定单色光的波色光的波长.第3页 二二 实验原理原理第4页 三三 实验器材实验器材光源光源 滤光片滤光片 单缝遮光筒单缝遮光筒 光屏及光具座光屏及光具座,如下图所示如下图所示.第5页 四四 实验过程程1.观察光的干涉察光的干涉图样(1)按照上按照上图所示的装置安装好所示的装置安装好仪器器.(2)接通接通电源源,闭合开关合开关,使灯使灯丝正常正常发光光.(3)调整各器件的高度整各器件的高度,使光源灯使光源灯丝发出的光能沿出的光能沿轴线到达光
2、到达光屏屏.(4)安装安装单缝和双和双缝,中心大致位于遮光筒的中心大致位于遮光筒的轴线上上,使双使双缝与与单缝平行平行,两者之两者之间距离距离约为5 cm10 cm,这时可可观察白光察白光的干涉条的干涉条纹.(5)在在单缝和光源之和光源之间放上放上滤光片光片,观察察单色光的干涉条色光的干涉条纹.第6页 2.测定定单色光的波色光的波长(1)安装好安装好测量量头 调节至可清晰至可清晰观察到干涉条察到干涉条纹.第7页 (2)条条纹间距用距用测量量头测出出,如如图测量量头由分划板由分划板,目目镜,手手轮等等构成构成,转动手手轮,分划板会左右移分划板会左右移动,测量量时应使分划板中心使分划板中心刻刻线对
3、齐某条亮条某条亮条纹中心中心,记下此下此时手手轮上的上的读数数a1,转动手手轮,使分划板中心刻使分划板中心刻线移至另一条亮条移至另一条亮条纹中央中央,记下此下此时手手轮的的读数数a2;并并记下两次下两次测量的亮量的亮(或暗或暗)条条纹数数n.则相相邻两条亮两条亮(或暗或暗)条条纹间距距第8页 (3)用刻度尺用刻度尺测量双量双缝到光屏到光屏间的距离的距离l.(4)将将l x代入公式代入公式求出光的波求出光的波长.(5)重复重复测量量,计算算,求出波求出波长的平均的平均值.(6)换用不同用不同颜色的色的滤光片光片,观察干涉条察干涉条纹的异同的异同,求出相求出相应的的波波长.第9页 五五 实验误差分
4、析差分析1.l的的测量量误差差本本实验中双中双缝到光屏的距离到光屏的距离较长,l的的测量量误差不太大差不太大,但也但也应选用毫米刻度尺用毫米刻度尺测量量.并用多次并用多次测量求出平均量求出平均值的的办法减小法减小实验误差差.2.测量条量条纹间距距x带来的来的误差差.(1)干涉条干涉条纹没有没有调到最清晰的程度到最清晰的程度.(2)分划板刻分划板刻线与干涉条与干涉条纹不平行不平行,中心刻中心刻线没有恰好位于条没有恰好位于条纹中心中心.(3)测量多条亮条量多条亮条纹间距距时读数不准确数不准确.第10页 六六 注意事注意事项1.放置放置单缝和双和双缝时,必必须使使缝平行平行.2.要保要保证光源光源
5、滤光片光片 单缝 双双缝和光屏的中心和光屏的中心轴在遮光筒的在遮光筒的轴线上上.3.测量量头的分划板中心刻的分划板中心刻线要要对准条准条纹的中心的中心.4.要多要多测几条亮条几条亮条纹(或暗或暗)中心中心间的距离的距离,再求再求x.第11页 典典 例例 分分 析析一一 实验仪器的器的选择与使用与使用例例1:用双用双缝干涉干涉测光的波光的波长,实验中采用双中采用双缝干涉干涉仪,它包括以它包括以下元件下元件: A.白白炽灯灯 B.单缝片片 C.光屏光屏 D.双双缝 E.滤光片光片(其中双其中双缝和光屏和光屏连在遮光筒上在遮光筒上)第12页 (1)把以上元件安装在光具座上把以上元件安装在光具座上时,
6、正确的排列正确的排列顺序是序是:A_(A已写好已写好).(2)正确正确调节后后,在屏上在屏上观察到察到红光干涉条光干涉条纹,用用测量量头测出出10条条红亮亮纹间的距离的距离为a;改用改用绿色色滤光片光片,其他条件不其他条件不变,用用测量量头测出出10条条绿亮亮纹间的距离的距离为b,则一定有一定有_大大于于_.EBDCab第13页 解析解析:双双缝干涉干涉仪各各组成部分在光具座上的正确排序成部分在光具座上的正确排序为光源光源 滤光片光片 单缝 双双缝 屏屏,或把它或把它们全部倒全部倒过来来,因本因本题第一第一项已已给填好填好,故答案是惟一的故答案是惟一的.由由 知知,波波长越越长,条条纹越越宽,
7、间距越大距越大,或由干涉条或由干涉条纹的特征均可得出的特征均可得出a一定大于一定大于b.第14页 二二 实验过程和数据程和数据处理理例例2:在在“用双用双缝干涉干涉测光的波光的波长”的的实验中中,装置如下装置如下图所示所示.双双缝间的距离的距离d=3 mm. (1)若测定红光的波长若测定红光的波长,应选用应选用_色的滤光片色的滤光片.实验实验时需要测定的物理量有时需要测定的物理量有:_和和_.红红双缝到屏的距离双缝到屏的距离Ln条亮条亮(或暗或暗)条纹的距离条纹的距离a第15页 (2)若若测得双得双缝与屏之与屏之间距离距离为0.70 m,通通过测量量头(与螺旋与螺旋测微器原理相似微器原理相似,
8、手手轮转动一周一周,分划板前分划板前进或后退或后退0.500 mm)观察到第察到第1条亮条亮纹的位置如下的位置如下图(a)所示所示,观察第察第5条亮条亮纹的位置如下的位置如下图(b)所示所示.则可求出可求出红光的波光的波长=_m.(保留一位有效数字保留一位有效数字)710-7 第16页 解析解析:(1)若若测定定红光的波光的波长,应用用红光光进行干涉行干涉实验,即即选用用红色色滤光片光片,这样通通过滤光片的就只有光片的就只有红光光,实验双双缝到屏的到屏的距离距离L n条亮条亮(或暗或暗)条条纹的距离的距离a.(2)图中中(a)的示数的示数为0,(b)图示数示数为0.650 mm.第17页 梯梯
9、 度度 练 习基基础强强化化1.某同学做双某同学做双缝干涉干涉实验时,按要求安装好按要求安装好实验装置后装置后,在光屏在光屏上却上却观察不到干涉察不到干涉图样,这可能的原因可能的原因( )A.光源光源发出的光束太出的光束太强强B.单缝与双与双缝不平行不平行C.没有安装没有安装滤光片光片D.光束的中心光束的中心轴与遮光筒的与遮光筒的轴线不一致不一致,相差相差较大大答案答案:BD第18页 2.“用双用双缝干涉干涉测光的波光的波长”的的实验中中,为使光屏上使光屏上单色光的条色光的条纹间距减小些距减小些,可采用的措施是可采用的措施是( )A.换用用缝距大些的双距大些的双缝片片B.换用用缝距小些的双距小
10、些的双缝片片C.适当适当调大双大双缝与屏之与屏之间的距离的距离D.适当适当调小双小双缝与屏之与屏之间的距离的距离答案答案:AD第19页 3.在利用在利用测量量头测量条量条纹宽度度时,应使分划板中心刻使分划板中心刻线最好最好( )A.与亮条与亮条纹的的边缘对齐B.与暗条与暗条纹的的边缘对齐C.与亮条与亮条纹的中心位置的中心位置对齐D.与暗条与暗条纹的中心位置的中心位置对齐答案答案:C第20页 4.在双在双缝干涉干涉实验中中,双双缝的作用是的作用是( )A.遮住遮住过于于强强烈的光烈的光B.使白光使白光变成成单色光色光C.形成两个振形成两个振动情况相同的光源情况相同的光源D.使光使光发生折射生折射
11、答案答案:C第21页 5.右右图所示所示为双双缝干涉干涉实验中中产生的条生的条纹图样,甲甲图为用光甲用光甲进行行实验的的图样,a为中央亮条中央亮条纹.乙乙为换用另一种用另一种单色光乙色光乙进行行实验的的图样,a为中央亮条中央亮条纹,则以下以下说法正确的是法正确的是( )A.乙乙图条条纹较宽,光乙的波光乙的波长比光甲波比光甲波长长B.乙乙图条条纹较窄窄,光乙的波光乙的波长比光甲波比光甲波长长C.乙乙图的条的条纹较宽,光乙的波光乙的波长比光甲短比光甲短D.乙乙图的条的条纹较窄窄,光乙的波光乙的波长比光甲短比光甲短第22页 答案答案:A第23页 能力提升能力提升6.某次某次实验中中,测得第一得第一级
12、明条明条纹和第三和第三级明条明条纹相距相距4.010-2 m,若双若双缝间距距为0.1 mm,缝到屏的距离到屏的距离为L=4.0 m,则光波光波的波的波长为( )A.8.010-8 m B.5.010-7 mC.1.510-8 m D.1.610-8 m答案答案:B第24页 7.如下如下图所示所示,在在“用双用双缝干涉干涉测光的波光的波长”的的实验中中,光具座光具座上放置的光学元件有光源上放置的光学元件有光源 遮光筒和其他元件遮光筒和其他元件,其中其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列各装置的名称依次是下列选项中的中的( )第25页 A.a单缝 b滤光片光片 c双双缝 d光屏光屏B.a单缝
13、b双双缝 c滤光片光片 d光屏光屏C.a滤光片光片 b单缝 c双双缝 d光屏光屏D.a滤光片光片 b双双缝 c单缝 d光屏光屏解析解析:a、b、c、d各装置的名称分各装置的名称分别为滤光片光片 单缝 双双缝 光光屏屏,故故C正确正确.答案答案:C第26页 8.某同学在做某同学在做“双双缝干涉干涉测定光的波定光的波长”实验时,第一次分划第一次分划板中心刻度板中心刻度线对齐第第2条亮条亮纹的中心的中心时(如下如下图甲中的甲中的A),游游标卡尺的示数如下卡尺的示数如下图乙所示乙所示,第二次分划板中心刻度第二次分划板中心刻度线对齐第第6条亮条亮纹的中心的中心时(如如图丙中的丙中的B),游游标卡尺的示数
14、如卡尺的示数如图丁丁所示所示.已知双已知双缝间距距d=0.5 mm,双双缝到屏的距离到屏的距离L=1 m.则:第27页 (1)图乙中游乙中游标卡尺的示数卡尺的示数为_cm.(2)图丁中游丁中游标卡尺的示数卡尺的示数为_cm.(3)所所测光波的波光波的波长为_m(保留两位有效数字保留两位有效数字).1.2501.7756.610-7第28页 解析解析:(1)图乙中游乙中游标卡尺是卡尺是20个分度个分度,精确度精确度0.05 mm,读数数为12 mm+0.0510=12.50 mm=1.250 cm.(2)图丁中丁中读数数为17 mm+0.0515=1.775 cm第29页 9.用氦用氦氖激光器激
15、光器进行双行双缝干涉干涉实验,已知使用的双已知使用的双缝间距离距离d=0.1 mm,双双缝到屏的距离到屏的距离L=6.0 m,测得屏上干涉条得屏上干涉条纹中中相相邻亮亮纹的的间距是距是3.8 cm,氦氦氖激光器激光器发出的出的红光的波光的波长是多少是多少?假如把整个装置放入折射率是假如把整个装置放入折射率是 的水中的水中,这时屏上屏上的条的条纹间距是多少距是多少?第30页 解析解析:由条由条纹间距距x,双双缝间距离距离d,双双缝到屏的距离到屏的距离L及波及波长的关系的关系,可可测波波长.同理同理,知道水的折射率知道水的折射率,可知可知该光在水中光在水中的波的波长,然后由然后由d、x、L、的关系
16、的关系,可求出条可求出条纹间距距.激光器发出的红光的波长是激光器发出的红光的波长是6.310-7 m.如果整个装置放入水中如果整个装置放入水中,激光器发出的红光在水中的波长设激光器发出的红光在水中的波长设为为,由光的特点可知由光的特点可知:光在传播过程中光在传播过程中,介质发生变化介质发生变化,波长和波长和波速发生改变波速发生改变,但频率不变但频率不变.第31页 答案答案:见解析见解析.第32页 10.现有毛玻璃屏有毛玻璃屏A,双双缝B 白光光源白光光源C 单缝D和透和透红光的光的滤光片光片E等光学元件等光学元件,要把它要把它们放在下放在下图所示的光具座上所示的光具座上组装成双装成双缝干涉装置
17、干涉装置,用以用以测量量红光的波光的波长.第33页 (1)将白光光源将白光光源C放在光具座最左端放在光具座最左端,依次放置其他光学元件依次放置其他光学元件,由由左至右左至右,表示各光学元件的字母排列表示各光学元件的字母排列顺序序应为C _ A.E D B 第34页 (2)本本实验的的实验步步骤有有:取下遮光筒左取下遮光筒左侧的元件的元件,调节光源高度光源高度,使光束能直接沿遮使光束能直接沿遮光筒光筒轴线把屏照亮把屏照亮;按合理按合理顺序在光具座上放置各光学元件序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心并使各元件的中心位于遮光筒的位于遮光筒的轴线上上;用米尺用米尺测量双量双缝到屏的距离到屏的距
18、离;用用测量量头(其其读数方法同螺旋数方法同螺旋测微器微器)测量数条亮量数条亮纹间的距的距离离.在操作步在操作步骤时还应注意注意_和和_.单缝与双缝的间距为单缝与双缝的间距为5 cm10 cm 使单缝与双缝相互平行使单缝与双缝相互平行 第35页 (3)将将测量量头的分划板中心刻的分划板中心刻线与某亮与某亮纹中心中心对齐,将将该亮亮纹定定为第第1条亮条亮纹,此此时手手轮上的示数如下上的示数如下图甲所示甲所示.然后同然后同方向方向转动测量量头,使分划板中心刻使分划板中心刻线与第与第6条亮条亮纹中心中心对齐,记下此下此时下下图乙中手乙中手轮上的示数上的示数_mm,求得相求得相邻亮亮纹的的间距距为x为_mm. 13.8702.310第36页 (4)已知双已知双缝间距距d为2.010-4 m,测得双得双缝到屏的距离到屏的距离l为0.700 m,由由计算公式算公式= _ ,求得所求得所测红光波光波长为_nm.6.6102 第37页 解析解析:(1)双双缝干涉干涉仪各各组成部分在光具座上的正确排序成部分在光具座上的正确排序为:光光源源 滤光片光片 单缝 双双缝 屏屏,因此因此应填填:E D B.(2)单缝与双与双缝的的间距距为5 cm10 cm,使使单缝与双与双缝相互平行相互平行.(3)甲甲图的的读数数为2.320 mm,乙乙图的的读数数为13.870 mm,
