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2016-2017沪科版选修3-44.2用双缝干涉仪测定光的波长学案.doc
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4.2 用双缝干涉仪测定光的波长
一、实验目的
1.了解光波产生稳定干涉图样的条件.
2.观察白光及单色光的双缝干涉图样.
3.掌握用公式Δx=eq \f(l,d)λ测定波长的方法.
4.会用测量头测量条纹间距离.
二、实验原理
1.相邻明纹(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4-2-1所示,双缝间距d,双缝到屏的距离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P,两缝与P的距离PS1=r1,PS2=r2.在线段PS2上作PM=PS1,则S2M=r2-r1,因d?l,三角形S1S2M可看作直角三角形.有:r2-r1=dsin θ(令∠S2S1M=θ).
图4-2-1
则:x=ltan θ≈lsin θ
有:r2-r1=deq \f(x,l)
若P处为亮纹,则deq \f(x,l)=±kλ,(k=0,1,2,…)
解得:x=±keq \f(l,d)λ.(k=0,1,2,…)
相邻两亮纹或暗纹的中心距离:Δx=eq \f(l,d)λ.
2.测量原理
由公式Δx=eq \f(l,d)λ可知,在双缝干涉实验中,d是双缝间距,是已知的;l是双缝到屏的距离,可以测出,那么,只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx,即可由公式λ=eq \f(d,l)Δx计算出入射光波长的大小.
3.条纹间距Δx的测定
如图4-2-2甲所示,测量头由分划板、目镜、手轮等构成,测量时先转动测量头,让分划板中心刻线与干涉条纹平行,然后转动手轮,使分划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐,如图4-2-2乙所示记下此时读数,再转动手轮,用同样的方法测出n个亮纹间的距离a,可求出相邻两亮纹间的距离Δx=eq \f(a,n-1).
图4-2-2
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、光屏及测量头,其中测量头又包括:分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺.
一、实验步骤
1.观察双缝干涉图样
(1)将光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上,如图4-2-3所示
图4-2-3
(2)接通电源,打开开关,使灯丝正常发光.
(3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.
(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,两者间距为5~10 cm.这时可观察白光的干涉条纹.
(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.
2.测定单色光的波长
(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条纹的中央,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2;并记下两次测量的亮条纹数n,则相邻两亮条纹间距Δx=eq \f(|a2-a1|,n-1).
(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离L.
(4)将测出的L、Δx代入Δx=eq \f(L,d)λ求出光波的波长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,重复实验.
二、数据处理
(1)对每次测量由公式Δx=eq \f(|a2-a1|,n-1)计算相邻两亮条纹间距.
(2)对每次测量用公式Δx=eq \f(l,d)λ计算光波的波长.
(3)对每种单色光的多次测量值求平均值作为该单色光波长的测量值.
三、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、双缝和光屏的中心在同一条轴线上.
(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心.
(4)要多测几个亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,再求Δx.
(5)调节的基本依据是:照在像屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝测量头与遮光筒不共轴所致;干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行.
四、误差分析
本实验的误差主要来源于以下两个方面:
(1)l的测量误差
因本实验中,双缝到屏的距离非常长,l的测量误差不太大,但也应选用mm刻度尺测量,并用多次测量求平均值的办法减小误差.
(2)测条纹间距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.
实验探究1 实验操作过程及仪器读数
在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图4-2-4):
图4-2-4
(1)下列说法哪一个是错误的________.(填选项前的字母)
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.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微
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