第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 1．了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理，知道影响相邻条纹间距的因素。 2．通过进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验，加深对双缝干涉图样的认识和理解。 3．认识物理实验和数学工具在物理发展过程中的作用。 一、实验目的 1．观察单色光的双缝干涉图样。 2．测定单色光的波长。 二、实验原理 双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δx＝λ，根据这个公式可得λ＝。 1．相邻亮纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导 如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P1，两缝与P1的距离P1S1＝r1，P1S2＝r2。在线段P1S2上作P1M＝P1S1，则S2M＝r2－r1，因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形。有： r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)① 另：x＝ltanθ≈lsinθ② 由①②得r2－r1＝d 若P1处出现亮条纹，则d＝±kλ(k＝0,1,2，…)， 解得：x＝±kλ(k＝0,1,2，…) 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝λ。 2．光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹。如果用白光通过单缝和双缝可以观察到彩色条纹。 3．若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹或暗纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝。实验中d是已知的，测出l、Δx即可求出光的波长λ。 三、实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)，另外还有学生电源、导线、米尺。 四、实验步骤 1．观察双缝干涉图样 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。 (2)接好电源，打开开关，使灯丝正常发光。 (3)调节光源的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (4)安装单缝和双缝，使单缝与双缝相互平行，二者间距约5～10 cm，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。 (5)在单缝和光源间放上滤光片，就可见到单色光的双缝干涉图样。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。撤去滤光片，观察白光的干涉条纹。 2．测定单色光的波长 (1)安装滤光片和测量头，调节至通过目镜可清晰观察到干涉条纹。 (2)如图甲所示，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中心，如图乙所示，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线对齐另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量时移过的亮条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝。 (3)用米尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。 (4)然后利用公式λ＝求出此单色光的波长，重复测量、计算，求出该单色光的波长的平均值。 (5)换用不同颜色的滤光片，重复上述(1)～(4)步骤，观察干涉条纹间距的变化，并求出相应的波长。 课堂任务 测量过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：安装实验装置时需要注意什么？ 提示：安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝互相平行。 活动2：实验中单缝、双缝和光屏的作用分别是什么？ 提示：用单缝获得线光源，通过单缝的光把双缝照亮，获得相干光，光屏的作用是呈现干涉条纹。 活动3：用单色光做实验时，观察到的干涉条纹有何特点？ 提示：明暗相间，亮条纹等宽、等间距。 活动4：测量条纹间距的工具是什么？如何进行操作？如何得到两条纹间的距离？ 提示：测量头。测量时，转动手轮，分划板会左右移动。使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，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 ... ...
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