实验用双缝干涉测量光的波长.ppt

第,*,页,第二节实验,:,用双缝干涉测量光的波长,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,.,二,实验原理,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,.,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,5 cm10 cm,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,.,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,.,(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,a,1,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,a,2,;,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,(3),用刻度尺测量双缝到光屏间的距离,l.,(4),将,l,x,代入公式,求出光的波长,.,(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,.,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,x,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,.,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,x,.,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,),(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,_.,EBDC,a,b,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.,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=3 mm.,(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,L,n,条亮,(,或暗,),条纹的距离,a,(2),若测得双缝与屏之间距离为,0.70 m,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,0.500 mm),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,=_m.(,保留一位有效数字,),710,-7,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,L n,条亮,(,或暗,),条纹的距离,a.,(2),图中,(a),的示数为,0,(b),图示数为,0.650 mm.,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,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,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,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,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,答案,:A,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,4.010,-2,m,若双缝间距为,0.1 mm,缝到屏的距离为,L=4.0 m,则光波的波长为,(),A.8.010,-8,m B.5.010,-7,m,C.1.510,-8,m D.1.610,-8,m,答案,:B,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,(),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,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=0.5 mm,双缝到屏的距离,L=1 m.,则,:,(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,).,1.250,1.775,6.610,-7,解析,:(1),图乙中游标卡尺是,20,个分度,精确度,0.05 mm,读数为,12 mm+0.0510=12.50 mm=1.250 cm.,(2),图丁中读数为,17 mm+0.0515=1.775 cm,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=0.1 mm,双缝到屏的距离,L=6.0 m,测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是,3.8 cm,氦氖激光器发出的红光的波长,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,?,解析,:,由条纹间距,x,双缝间距离,d,双缝到屏的距离,L,及波长,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,、,x,、,L,、,的关系,可求出条纹间距,.,激光器发出的红光的波长是,6.310,-7,m.,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,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,.,答案,:,见解析,.,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,.,(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.,EDB,(2),本实验的实验步骤有,:,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,;,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,;,用米尺测量双缝到屏的距离,;,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,时还应注意,_,和,_.,单缝与双缝的间距为,5 cm10 cm,使单缝与双缝相互平行,(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,x,为,_mm.,13.870,2.310,(4),已知双缝间距,d,为,2.010,-4,m,测得双缝到屏的距离,l,为,0.700 m,由计算公式,=_,求得所测红光波长为,_nm.,6.610,2,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,5 cm10 cm,使单缝与双缝相互平行,.,(3),甲图的读数为,2.320 mm,乙图的读数为,13.870 mm,