4景泰二中實驗用雙縫干涉測量光的波長

1、景泰二中高二物理備課組景泰二中高二物理備課組 肖濤肖濤一一 實驗?zāi)康模簩嶒災(zāi)康模憾?實驗原理實驗原理: 如圖如圖,與兩縫之間的距離與兩縫之間的距離d相比相比,每個狹縫都很窄每個狹縫都很窄,寬度可以忽略寬度可以忽略,兩縫兩縫S1 S2的連線的中垂線與屏的的連線的中垂線與屏的交點為交點為P0,雙縫到屏的距離雙縫到屏的距離OP0=L. 屏上屏上P1與與P0點的距離點的距離x,兩縫到兩縫到P1的距離分別為的距離分別為P1S1=r1, P1S2=r2. 在在P1S2上作上作P1M=P1S1,于是于是S2M=r2-r1,由于兩縫由于兩縫之間的距離遠小于縫到屏的距離之間的距離遠小于縫到屏的距離,所以可近似

2、認為所以可近似認為三角形三角形S1S2M是直角三角形是直角三角形,根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系,有有 r2-r1=dsin. 另一方面另一方面 x=LtanLsin.21rrd.dkk 0,1,2,3,xk.x.x,x.d,Lx,.xLxLLdLdLddL 因此有當兩列波的路程差為波長的整數(shù)倍即時才會出現(xiàn)亮條紋也就是說亮條紋中心的位置為相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距根據(jù)雙縫干涉中條紋間距得已知雙縫間距 再測出雙縫到屏的距離 和條紋間距就可以求得光波的波長中中間間亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第一一條條暗暗

3、紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋XXXXXX 雙縫干涉儀雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成組成)、學生電源、導線、刻度尺、學生電源、導線、刻度尺三、實驗器材三、實驗器材:1.觀察光的干涉圖樣觀察光的干涉圖樣:(1)按照上圖所示的裝置安裝好儀器按照上圖所示的裝置安裝好儀器.(2)接通電源接通電源,閉合開關(guān)閉合開關(guān),使燈絲正常發(fā)光使燈絲正常發(fā)光.(3)調(diào)整各器件的高度調(diào)整各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到

4、達光屏.(4)安裝單縫和雙縫安裝單縫和雙縫,中心大致位于遮光筒的軸線上中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫使雙縫與單縫平行平行,兩者之間距離約為兩者之間距離約為5 cm10 cm,這時可觀察白光的干涉條這時可觀察白光的干涉條紋紋.(5)在單縫和光源之間放上濾光片在單縫和光源之間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋觀察單色光的干涉條紋.四四 實驗過程實驗過程:2.測定單色光的波長測定單色光的波長:(1)安裝好安裝好測量頭測量頭 調(diào)節(jié)至可清晰觀察到調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋干涉條紋.(2)條紋間距用測量頭測出條紋間距用測量頭測出,如圖測量頭由分劃板如圖測量頭由分劃板,目目鏡鏡,手輪等構(gòu)成手輪等構(gòu)成

5、,轉(zhuǎn)動手輪轉(zhuǎn)動手輪,分劃板會左右移動分劃板會左右移動,測量測量時應(yīng)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋中心時應(yīng)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋中心,記下記下此時手輪上的讀數(shù)此時手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線使分劃板中心刻線移至另一條亮條紋中央移至另一條亮條紋中央,記下此時手輪的讀數(shù)記下此時手輪的讀數(shù)a2;并并記下兩次測量的記下兩次測量的亮亮(或暗或暗)條紋數(shù)條紋數(shù)n.則相鄰兩條亮則相鄰兩條亮(或暗或暗)條紋間距條紋間距21|.1aaxn (3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l.(4)將將l x代入公式代入公式求出光的波長求出光的波長.(5)重復測量重

6、復測量,計算計算,求出波長的平均值求出波長的平均值.(6)換用不同顏色的濾光片換用不同顏色的濾光片,觀察干涉條紋觀察干涉條紋的異同的異同,求出相應(yīng)的波長求出相應(yīng)的波長.,lxd1. l的測量誤差的測量誤差: 本實驗中雙縫到光屏的距離較長本實驗中雙縫到光屏的距離較長,l的測量誤差不太大的測量誤差不太大,但但也應(yīng)選用毫米刻度尺測量也應(yīng)選用毫米刻度尺測量.并用多次測量求出平均值的辦并用多次測量求出平均值的辦法減小實驗誤差法減小實驗誤差.2.測量條紋間距測量條紋間距x帶來的誤差帶來的誤差.(1)干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度.(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行分劃板刻線與干涉條

7、紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條中心刻線沒有恰好位于條紋中心紋中心.(3)測量多條亮條紋間距時讀數(shù)不準確測量多條亮條紋間距時讀數(shù)不準確.五五 實驗誤差分析實驗誤差分析:1.放置單縫和雙縫時放置單縫和雙縫時,必須使縫平行必須使縫平行.2.要保證光源要保證光源 濾光片濾光片 單縫單縫 雙縫和光屏雙縫和光屏的中心軸在遮光筒的軸線上的中心軸在遮光筒的軸線上.3.測量頭的分劃板中心刻線要對準條紋的中測量頭的分劃板中心刻線要對準條紋的中心心.4.要多測幾條亮條紋要多測幾條亮條紋(或暗或暗)中心間的距離中心間的距離,再求再求x.六六 注意事項注意事項:例題例題1.“用雙縫干涉測光的波長用雙縫干涉測光的波長”

8、的實驗中的實驗中,為為使光屏上單色光的條紋間距減小些使光屏上單色光的條紋間距減小些,可采用可采用的措施是的措施是( ) A.換用縫距大些的雙縫片換用縫距大些的雙縫片B.換用縫距小些的雙縫片換用縫距小些的雙縫片C.適當調(diào)大雙縫與屏之間的距離適當調(diào)大雙縫與屏之間的距離D.適當調(diào)小雙縫與屏之間的距離適當調(diào)小雙縫與屏之間的距離七、例題選講：七、例題選講：AD例題例題2.某同學做雙縫干涉實驗時某同學做雙縫干涉實驗時,按要求安裝按要求安裝好實驗裝置后好實驗裝置后,在光屏上卻觀察不到干涉圖在光屏上卻觀察不到干涉圖樣樣,這可能的原因這可能的原因A.光源發(fā)出的光束太強光源發(fā)出的光束太強B.單縫與雙縫不平行單縫與

9、雙縫不平行C.沒有安裝濾光片沒有安裝濾光片D.光束的中心軸與遮光筒的軸線不一致光束的中心軸與遮光筒的軸線不一致,相差較大相差較大BD例題例題3.在利用測量頭測量條紋寬度時在利用測量頭測量條紋寬度時,應(yīng)使分應(yīng)使分劃板中心刻線最好劃板中心刻線最好A.與亮條紋的邊緣對齊與亮條紋的邊緣對齊B.與暗條紋的邊緣對齊與暗條紋的邊緣對齊C.與亮條紋的中心位置對齊與亮條紋的中心位置對齊D.與暗條紋的中心位置對齊與暗條紋的中心位置對齊C例題例題4.某次實驗中某次實驗中,測得第一明條紋和第測得第一明條紋和第三明條紋相距三明條紋相距4.010-2 m,若雙縫間距若雙縫間距為為0.1 mm,縫到屏的距離為縫到屏的距離為

10、L=4.0 m,則則光波的波長為光波的波長為( )A.8.010-8 m B.5.010-7 mC.1.510-8 m D.1.610-8 mB例題例題5.如下圖所示如下圖所示,在在“用雙縫干涉測光的波長用雙縫干涉測光的波長”的實驗中的實驗中,光具座上放置的光學元件有光源光具座上放置的光學元件有光源 遮光遮光筒和其他元件筒和其他元件,其中其中a、b、c、d各裝置的名稱依次各裝置的名稱依次是下列選項中的是下列選項中的( )A. a單縫單縫 b濾光片濾光片 c雙縫雙縫 d光屏光屏B. a單縫單縫 b雙縫雙縫 c濾光片濾光片 d光屏光屏C. a濾光片濾光片 b單縫單縫 c雙縫雙縫 d光屏光屏D. a

11、濾光片濾光片 b雙縫雙縫 c單縫單縫 d光屏光屏C例題例題6.某同學在做某同學在做“雙縫干涉測定光的波長雙縫干涉測定光的波長”實驗時實驗時,第一第一次分劃板中心刻度線對齊第次分劃板中心刻度線對齊第2條亮紋的中心時條亮紋的中心時(如下圖甲中如下圖甲中的的A),游標卡尺的示數(shù)如下圖乙所示游標卡尺的示數(shù)如下圖乙所示,第二次分劃板中心刻第二次分劃板中心刻度線對齊第度線對齊第6條亮紋的中心時條亮紋的中心時(如圖丙中的如圖丙中的B),游標卡尺的示游標卡尺的示數(shù)如圖丁所示數(shù)如圖丁所示.已知雙縫間距已知雙縫間距d=0.5 mm,雙縫到屏的距離雙縫到屏的距離L=1 m.則則:(1)圖乙中游標卡尺的示數(shù)為圖乙中游

12、標卡尺的示數(shù)為_cm.(2)圖丁中游標卡尺的示數(shù)為圖丁中游標卡尺的示數(shù)為_cm.(3)所測光波的波長為所測光波的波長為_m(保保留兩位有效數(shù)字留兩位有效數(shù)字).1.2501.7756.610-7例題例題7.用氦氖激光器進行雙縫干涉實驗用氦氖激光器進行雙縫干涉實驗,已已知使用的雙縫間距離知使用的雙縫間距離d=0.1 mm,雙縫到屏的雙縫到屏的距離距離L=6.0 m,測得屏上干涉條紋中相鄰亮紋測得屏上干涉條紋中相鄰亮紋的間距是的間距是3.8 cm,氦氖激光器發(fā)出的紅光的氦氖激光器發(fā)出的紅光的波長波長是多少是多少? 假如把整個裝置放入折射率是假如把整個裝置放入折射率是 的水中的水中,這時屏上的條紋間

13、距是多少這時屏上的條紋間距是多少?43例題例題8.現(xiàn)有毛玻璃屏現(xiàn)有毛玻璃屏A,雙縫雙縫B 白光光源白光光源C 單縫單縫D和透紅和透紅光的濾光片光的濾光片E等光學元件等光學元件,要把它們放在下圖所示的光具座要把它們放在下圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長用以測量紅光的波長.(1)(1)將白光光源將白光光源C C放在光具座最左端放在光具座最左端, ,依次放置其他依次放置其他光學元件光學元件, ,由左至右由左至右, ,表示各光學元件的字母排列表示各光學元件的字母排列順序應(yīng)為順序應(yīng)為C C _ A.A.E D B (2)本實驗的實驗步驟有本實驗的實驗步驟有:取下

14、遮光筒左側(cè)的元件取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮光筒軸線把屏照亮;按合理順序在光具座上放置各光學元件按合理順序在光具座上放置各光學元件,并使各元件的中心并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上位于遮光筒的軸線上;用米尺測量雙縫到屏的距離用米尺測量雙縫到屏的距離;用測量頭用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距測量數(shù)條亮紋間的距離離.在操作步驟在操作步驟時還應(yīng)注意時還應(yīng)注意_和和_.單縫與雙縫的間距為單縫與雙縫的間距為5 cm10 cm 使單縫與雙縫相互平行使單縫與雙縫相互平行 (3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,將該亮將該亮紋定為第紋定為第1條亮紋條亮紋,此時手輪上的示數(shù)如下圖甲所示此時手輪上的示數(shù)如下圖甲所示.然后同然后同