第4讲 实验：用双缝干涉测光的波长
见学生用书P222
微知识1 实验目的 1．明确实验器材的构成及其作用。 2．观察白光及单色光的双缝干涉图样。 3．测定单色光的波长。 微知识2 实验原理 如图所示，电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，再次发生衍射，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，S1、S2到屏上P点的路程分别为r1、r2，两列光波传到P的路程差Δx′＝|r1－r2|，设光波波长为λ。 1．若Δx′＝nλ (n＝0,1,2，…)，两列波传到P点同相位，互相加强，出现明条纹。 λ
2．若Δx′＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)，两列波传到P点反相位，
2
互相减弱，出现暗条纹。 这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2的明暗相间的干涉条纹。相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距l
离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，由此可知，只
d要测出Δx、d、l，即可测出波长λ。 两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx可用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如下图左所示。 转动手轮，分划板会左、右移动。测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如上图右所示)，记下此时手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时，记下手轮上的刻度a2，两次读数之差就是这两条条纹间的距离。即Δx＝|a1－a2|。 Δx很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明(暗)条纹a间的距离a，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx＝。 n－1
微知识3 实验器材 双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺。 微知识4 实验步骤 1．观察双缝干涉图样 (1)把直径约10 cm、长约1 m的遮光筒水平放在光具座上；筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏(装置如图所示)。 (2)取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (3)放好单缝和双缝，单缝和双缝间距离为5－10 cm，并使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。 (4)通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样。 (5)在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的干涉图样。 2．测定单色光的波长 (1)用刻度尺测出屏到双缝的距离l。 (2)转动手轮，使分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数为亮纹1的位置。 (3)转动手轮，使分划板中心刻线对准另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数，即为亮条纹n的位置，两次读数之差为这两条亮条纹间的距离a。 ad
(4)相邻亮纹间距Δx＝，代入λ＝Δx(其中d在双缝上已标
n－1l出)，即可求得光波波长。 (5)换用不同的滤光片，重复实验测量其他单色光的波长。 微知识5 注意事项 1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行，间距5～10 cm。 2．要保持光源、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)纹的中心。 4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx。 5．照在像屏上的光很弱，原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与
遮光筒不共轴，干涉条纹不清晰，主要原因一般是单缝与双缝不平行。 微知识6 实验误差分析 光波波长很小，Δx、l的测量对波长λ的影响很大，l用毫米刻度尺测量，Δx利用测量头上的游标卡尺测量；可测多条亮纹间距求Δx；采用多次测量求λ的平均值法减小误差。 一、思维辨析(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。) 1．实验时要使光源、滤光片、单缝、双缝、光屏的中心在同一条轴线上。(√)
a
2．实验中n条亮条纹之间的距离为a，则条纹间距为Δx＝。(×)
n二、对点微练 1．(实验原理)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1__________Δx2(填“＞”“＝”或“＜”)。若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为____________mm。 L
解析 根据公式Δx＝λ，由于λ红>λ绿，可知Δx1>Δx2。若实验
d
10.5
中用红光时，Δx＝ mm＝2.1 mm，代入公式得d＝0.300 mm。 6－1
答案 > 0.300
2．(实验操作和数据处理)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图甲)： (1)下列说法错误的是________。(填选项字母)
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．测量某条干涉条纹位置时，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，a求出相邻两条亮纹间距Δx＝ n－1
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图乙所示，其示数为________ mm。 解析 (1)摆放各光具时应保证光线沿直线通过各光具的中心(轴线)，所以摆放时并不放单缝和双缝，A项错误；测量亮纹位置时，为了准确，应该将目镜分划板的中心刻线与亮纹中心对齐，B项正确；相邻两条亮纹间距为Δx，则n条亮纹间距为a＝(n－1)Δx，即Δx＝a
，C项正确。 n－1
(2)1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm。 答案 (1)A (2)1.970
见学生用书P223
微考点 实验操作和数据处理 核|心|微|讲 测量单色光的波长的步骤如下 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纹的中心，记下手轮上的读数a1，
高三物理复习教案：第十五章第4讲实验：用双缝干涉测光的波长 - 图文
