XX省专用学年高中学习物理第十三章节光第节实验用双缝干涉测量光波长讲义含解析新人教选修.doc
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2022-05-27 17:26:34上传
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第4节实验：用双缝干预测量光的波长
一、实验目的
(1)察看白光及单色光的双缝干预图样。
(2)掌握用公式Δx＝λ测定单色光的波长的方法。
二、实验原理
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
如下列图，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P处为亮纹，则d＝±kλ(k＝0,1,2，…)，解得：x＝±kλ(k＝0,1,2…)，相邻两亮纹或暗纹的中心间距：Δx＝λ。
2．测量原理
由公式Δx＝λ可知，在双缝干预实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，能够测出，那么，只需测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算进出射光波长的大小。
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3．测量Δx的方法
测量头由分划板、目镜、手轮等组成，如图甲所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干预条纹平行，然后转着手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转着手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝。
三、实验器材
双缝干预仪(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。
四、实验步骤
1．器材的安装与调整
(1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如下列图，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如下列图，调整分划板地点到分划板中心刻线位于光屏中央。
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2．察看双缝干预图样
(1)调节单缝的地点，使单缝和双缝间距离保持在5～10cm，使缝相互平行，中心大概位于遮光筒的轴线上，这时经过测量头上的目镜察看干预条纹，若干预条纹不清晰，可经过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干预条纹清晰光明。在屏上就会看到白光的双缝干预图样。
(2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，经过目镜可看到单色光的双缝干预条纹。
(3)在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的地点，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干预条纹的亮度，使条纹更为清晰，如下列图。
五、数据办理
(1)转着手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，记下手轮上的读数a1；转着手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝
。
(2)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d
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是已知的)。
(3)将测得的l、Δx代入Δx＝λ求出光的波长λ。
(4)多次重复上述步骤，求出波长的平均值。
(5)换用不同的滤光片，重复上述实验。
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、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。
(3)测量头的中心刻线要对着亮(或暗)纹的中心。
(4)要多测几条亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx。
(5)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，干预条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。
七、误差解析
(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可经过采用毫米刻度尺，进行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干预条纹没有调到最清晰的程度。
②分划板刻线与干预条纹不平行，中心刻线没有恰巧位于条纹中心。
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③测量多条亮条纹间距离时读数不正确。
[例1] 在“用双缝干预测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。
(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并察看实验现象后，总结出以下几点：
A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B．干预条纹与双缝垂直
C．干预条纹疏密程度与双缝宽度相关
D．干预条纹间距与光的波长相关
以上几点中你认为正确的选项是________。
(2)当测量头中的分划板中心
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第4节实验：用双缝干预测量光的波长
一、实验目的
(1)察看白光及单色光的双缝干预图样。
(2)掌握用公式Δx＝λ测定单色光的波长的方法。
二、实验原理
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
如下列图，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P处为亮纹，则d＝±kλ(k＝0,1,2，…)，解得：x＝±kλ(k＝0,1,2…)，相邻两亮纹或暗纹的中心间距：Δx＝λ。
2．测量原理
由公式Δx＝λ可知，在双缝干预实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，能够测出，那么，只需测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算进出射光波长的大小。
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3．测量Δx的方法
测量头由分划板、目镜、手轮等组成，如图甲所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干预条纹平行，然后转着手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转着手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝。
三、实验器材
双缝干预仪(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。
四、实验步骤
1．器材的安装与调整
(1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如下列图，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如下列图，调整分划板地点到分划板中心刻线位于光屏中央。
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2．察看双缝干预图样
(1)调节单缝的地点，使单缝和双缝间距离保持在5～10cm，使缝相互平行，中心大概位于遮光筒的轴线上，这时经过测量头上的目镜察看干预条纹，若干预条纹不清晰，可经过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干预条纹清晰光明。在屏上就会看到白光的双缝干预图样。
(2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，经过目镜可看到单色光的双缝干预条纹。
(3)在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的地点，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干预条纹的亮度，使条纹更为清晰，如下列图。
五、数据办理
(1)转着手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，记下手轮上的读数a1；转着手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝
。
(2)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d
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是已知的)。
(3)将测得的l、Δx代入Δx＝λ求出光的波长λ。
(4)多次重复上述步骤，求出波长的平均值。
(5)换用不同的滤光片，重复上述实验。
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、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。
(3)测量头的中心刻线要对着亮(或暗)纹的中心。
(4)要多测几条亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx。
(5)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，干预条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。
七、误差解析
(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可经过采用毫米刻度尺，进行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干预条纹没有调到最清晰的程度。
②分划板刻线与干预条纹不平行，中心刻线没有恰巧位于条纹中心。
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③测量多条亮条纹间距离时读数不正确。
[例1] 在“用双缝干预测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。
(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并察看实验现象后，总结出以下几点：
A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B．干预条纹与双缝垂直
C．干预条纹疏密程度与双缝宽度相关
D．干预条纹间距与光的波长相关
以上几点中你认为正确的选项是________。
(2)当测量头中的分划板中心
