实验用双缝干涉测量光的波长(精)

第1页共39页第二节实验:用双缝干涉测量光的波长第2页共39页一､实验目的1.观察白光及单色光的干涉图样.2.测定单色光的波长.第3页共39页二､实验原理lxddlx可得根据第4页共39页三､实验器材光源､滤光片､单缝遮光筒､光屏及光具座,如下图所示.第5页共39页四､实验过程1.观察光的干涉图样(1)按照上图所示的装置安装好仪器.(2)接通电源,闭合开关,使灯丝正常发光.(3)调整各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.(4)安装单缝和双缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,两者之间距离约为5cm—10cm,这时可观察白光的干涉条纹.(5)在单缝和光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.第6页共39页2.测定单色光的波长(1)安装好测量头､调节至可清晰观察到干涉条纹.第7页共39页(2)条纹间距用测量头测出,如图测量头由分划板,目镜,手轮等构成,转动手轮,分划板会左右移动,测量时应使分划板中心刻线对齐某条亮条纹中心,记下此时手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一条亮条纹中央,记下此时手轮的读数a2;并记下两次测量的亮(或暗)条纹数n.则相邻两条亮(或暗)条纹间距21||.1aaxn第8页共39页(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l.(4)将l､Δx代入公式求出光的波长λ.(5)重复测量,计算,求出波长的平均值.(6)换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹的异同,求出相应的波长.,lxd第9页共39页五､实验误差分析1.l的测量误差本实验中双缝到光屏的距离较长,l的测量误差不太大,但也应选用毫米刻度尺测量.并用多次测量求出平均值的办法减小实验误差.2.测量条纹间距Δx带来的误差.(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度.(2)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心.(3)测量多条亮条纹间距时读数不准确.第10页共39页六､注意事项1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行.2.要保证光源､滤光片､单缝､双缝和光屏的中心轴在遮光筒的轴线上.3.测量头的分划板中心刻线要对准条纹的中心.4.要多测几条亮条纹(或暗)中心间的距离,再求Δx.第11页共39页典例分析一､实验仪器的选择与使用例1:用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件:A.白炽灯B.单缝片C.光屏D.双缝E.滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)第12页共39页(1)把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:A________(A已写好).(2)正确调节后,在屏上观察到红光干涉条纹,用测量头测出10条红亮纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b,则一定有________大于___________.EBDCab第13页共39页解析:双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源､滤光片､单缝､双缝､屏,或把它们全部倒过来,因本题第一项已给填好,故答案是惟一的.由知,波长越长,条纹越宽,间距越大,或由干涉条纹的特征均可得出a一定大于b.lxd第14页共39页二､实验过程和数据处理例2:在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,装置如下图所示.双缝间的距离d=3mm.(1)若测定红光的波长,应选用___________色的滤光片.实验时需要测定的物理量有:__________________和_______________________________.红双缝到屏的距离Ln条亮(或暗)条纹的距离a第15页共39页(2)若测得双缝与屏之间距离为0.70m,通过测量头(与螺旋测微器原理相似,手轮转动一周,分划板前进或后退0.500mm)观察到第1条亮纹的位置如下图(a)所示,观察第5条亮纹的位置如下图(b)所示.则可求出红光的波长λ=_________m.(保留一位有效数字)7×10-7第16页共39页解析:(1)若测定红光的波长,应用红光进行干涉实验,即选用红色滤光片,这样通过滤光片的就只有红光,实验双缝到屏的距离Ln条亮(或暗)条纹的距离a.(2)图中(a)的示数为0,(b)图示数为0.650mm.373x,710m.0.6500.163.510.163103100.70mmLxddLx则由得第17页共39页梯度练习基础强化1.某同学做双缝干涉实验时,按要求安装好实验装置后,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能的原因()A.光源发出的光束太强B.单缝与双缝不平行C.没有安装滤光片D.光束的中心轴与遮光筒的轴线不一致,相差较大答案:BD第18页共39页2.“用双缝干涉测光的波长”的实验中,为使光屏上单色光的条纹间距减小些,可采用的措施是()A.换用缝距大些的双缝片B.换用缝距小些的双缝片C.适当调大双缝与屏之间的距离D.适当调小双缝与屏之间的距离答案:AD第19页共39页3.在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线最好()A.与亮条纹的边缘对齐B.与暗条纹的边缘对齐C.与亮条纹的中心位置对齐D.与暗条纹的中心位置对齐答案:C第20页共39页4.在双缝干涉实验中,双缝的作用是()A.遮住过于强烈的光B.使白光变成单色光C.形成两个振动情况相同的光源D.使光发生折射答案:C第21页共39页5.右图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样,甲图为用光甲进行实验的图样,a为中央亮条纹.乙为换用另一种单色光乙进行实验的图样,a′为中央亮条纹,则以下说法正确的是()A.乙图条纹较宽,光乙的波长比光甲波长长B.乙图条纹较窄,光乙的波长比光甲波长长C.乙图的条纹较宽,光乙的波长比光甲短D.乙图的条纹较窄,光乙的波长比光甲短第22页共39页:,,x,A.ld解析由图可知乙图的条纹宽度比甲图条纹宽根据可知光乙的波长较大故选项正确答案:A第23页共39页能力提升6.某次实验中,测得第一级明条纹和第三级明条纹相距4.0×10-2m,若双缝间距为0.1mm,缝到屏的距离为L=4.0m,则光波的波长为()A.8.0×10-8mB.5.0×10-7mC.1.5×10-8mD.1.6×10-8m7:x,510m.LxddL解析由代入数据得答案:B第24页共39页7.如下图所示,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,光具座上放置的光学元件有光源､遮光筒和其他元件,其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的()第25页共39页A.a单缝､b滤光片､c双缝､d光屏B.a单缝､b双缝､c滤光片､d光屏C.a滤光片､b单缝､c双缝､d光屏D.a滤光片､b双缝､c单缝､d光屏解析:a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片､单缝､双缝､光屏,故C正确.答案:C第26页共39页8.某同学在做“双缝干涉测定光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时(如下图甲中的A),游标卡尺的示数如下图乙所示,第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B),游标卡尺的示数如图丁所示.已知双缝间距d=0.5mm,双缝到屏的距离L=1m.则:第27页共39页(1)图乙中游标卡尺的示数为____________cm.(2)图丁中游标卡尺的示数为_____________cm.(3)所测光波的波长为____________m(保留两位有效数字).1.2501.7756.6×10-7第28页共39页解析:(1)图乙中游标卡尺是20个分度,精确度0.05mm,读数为12mm+0.05×10=12.50mm=1.250cm.(2)图丁中读数为17mm+0.05×15=1.775cm23773(1.7751.250)10x,x6.562100.51051m6.610m1LddL由可得第29页共39页9.用氦氖激光器进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间距离d=0.1mm,双缝到屏的距离L=6.0m,测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是3.8cm,氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少?假如把整个装置放入折射率是的水中,这时屏上的条纹间距是多少?43第30页共39页解析:由条纹间距Δx,双缝间距离d,双缝到屏的距离L及波长λ的关系,可测波长.同理,知道水的折射率,可知该光在水中的波长,然后由d、Δx、L、λ的关系,可求出条纹间距.372,0.110x.3.81x6.3100m06.,LddmL由可以得出红光的波长激光器发出的红光的波长是6.3×10-7m.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为λ′,由光的特点可知:光在传播过程中,介质发生变化,波长和波速发生改变,但频率不变.第31页共39页77372m4.710m',,6.310346.04.7100.1,x2.810m10cncvvnLmd由此可知而则这时屏上条纹的间距是答案:见解析.第32页共39页10.现有毛玻璃屏A,双缝B､白光光源C､单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.第33页共39页(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C､_____________､A.E､D､B第34页共39页(2)本实验的实验步骤有:①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;②按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;③用米尺测量双缝到屏的距离;④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.在操作步骤②时还应注意________________________和__________________________.单缝与双缝的间距为5cm~10cm使单缝与双缝相互平行第35页共39页(3)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1条亮纹,此时手轮上的示数如下图甲所示.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,记下此时下图乙中手轮上的示数____________mm,求得相邻亮纹的间距为Δx为____________mm.13.8702.310第36页共39页(4)已知双缝间距d为2.0×10-4m,测得双缝到屏的距离l为0.700m,由计算公式λ=_________,求得所测红光波长为_____________nm.dxl6.6×102第37页共39页解析:(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为:光源､滤光片､单缝､双缝､屏,因此应填:E､D､B.(2)单缝与双缝的间距为5cm~10cm,使单缝与双缝相互平行.(3)甲图的读数为2.320mm,乙图的读数为13.870mm,13.8702.3202.310.61xmmmm462 4x:x2.31010nm6.6102.0100.700nm.lddl由可得可求出