第四章4实验用双缝干涉测量光的波长.docx

第四章4实验：用双缝干涉测量光的波长前面我们通过理论推导，得到了双缝干涉实验中干涉条纹的间距和光的波长之间的关系,即Ar=3九本节我们利用该结果，通过双缝干涉实验测量光的波长。实验思路图4.4-1为双缝干涉实验装置示意图。图4.4-1双缝干涉的实验装置光源发出的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由A=7ZLv计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。物理量的测量根据7=彳Al可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离/和相邻两条亮条纹间的距离X（双缝间的距离d已知）。具体操作如下。/的测量双缝到屏的距离/可以用刻度尺测出。Ai的测量相邻两条亮条纹间的距离x需用测量头测出。测量头通常有两种（图4.4-2）,但都由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐（图4.4-3）,记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离o图4.4-3分划板中心刻线为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如,可测出个亮条纹间的距离。，再求出相邻两个亮条纹间的距离x=。进行实验如图4.4-1,实验前先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。然后放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样（图4.4-4）o蓝光双缝间距0.36mm红光双缝间距0.36mm红光双缝间距0.18mm图4.4-4不同双缝、不同色光的双缝干涉条纹测量双缝到屏的距离/和相邻两条亮条纹间的距离o分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。数据分析设计表格记录实验数据。d是已知的，I和个亮条纹间的距离。是直接测量值。由X=可以求出相邻两个亮条纹间的距离o最后，根据为=7X算出波长。拓展学习用光传感器做双缝干涉的实验用光传感器可以更方便地演示双缝干涉现象。图4.4-5是实验装置图（实验在暗室中进行）。光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。图4.4-5用传感器和计算机观察双缝干涉的实验装置图中带有白色狭长矩形的小盒是光传感器，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，可以算出光的波长。与图4.4-4的方法相比，这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便、形象地展示亮条纹的分布，并能测出传感器上各点的光照强度。练习与应用本节共3道习题。第1题考查如何利用相邻亮条纹或暗条纹中心间距公式进行定性分析:第2题考查在双缝干涉实验中如何有效减小实验误差;第3题考查如何读取测量头数据来计算波长。1 .用如图4.4-1所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.2mm,用的是绿色滤光片，从目镜中可以看到绿色干涉条纹。（1）如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离如何变化？（2）把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明哪种色光的波长较长？（3）如果改用间距为0.3mm的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离会有什么变化？参考解答：（1）距离变大；（2）红光波长较长；（3）距离变小2 .在用双缝干涉测量光的波长的实验中，为什么不直接测x,而要通过测个条纹的问距求出Ar?参考解答：通过测多个亮条纹间距或暗条纹间距求平均值可减少偶然误差。3 .某同学在用双缝干涉测量光的波长的实验中，己知两缝间的间距为03mm,以某种单色光照射双缝时，在离双缝1.2m远的屏上，用测量头测量条纹间的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第I条亮纹，此时手轮上的示数如图4.4-6甲所示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图4.4-6乙所示。根据以上实验，测得的这种光的波长是多少？甲乙图4.4-6参考解答：6.52xl(f7m