2013届高考物理一轮复习第十三章 光学与电磁波、 相对论简介 实验十五 用双缝干涉测量光的波长

实验十五用双缝干涉测量光的波长一、实验目的1．了解光波产生稳定干涉现象的条件．2．观察双缝干涉图样．3．测定单色光的波长．二、实验原理1．单色光经双缝干涉产生稳定的明、暗相间的条纹、复色光产生彩色条纹．2．条纹间距公式Δx＝ldλ.三、实验器材双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺．四、实验步骤1．观察干涉条纹(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)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．(3)调节各器件的高度，使光源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，二者间距约5cm～10cm，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，将该条纹记为第1条亮纹；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，将该条纹记为第n条亮纹．(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．(4)重复测量．五、数据处理1．条纹间距Δx＝|a2－a1n－1|.2．波长λ＝dlΔx.3．计算多组数据，求λ的平均值．六、误差分析1．双缝到屏的距离l的测量存在误差．2．测条纹间距Δx带来的误差：(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度．(2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度．(3)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．(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清．七、注意事项1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养．2．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、双缝平行且间距适当．3．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．4．调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，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原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．八、实验改进实验室里的双缝干涉仪比较精密，并且安装不方便，调节、测量时十分麻烦．现用一种简单方法替换如下：用一支小孩玩的激光笔，水平放置在桌面上，前面放置一双缝，则在正对的墙上就出现十分明显的双缝干涉条纹，测出相关的物理量，利用公式Δx＝ldλ即可求出λ.优点：简单易操作．缺点：精度偏低．实验器材和实验装置[例1]如下图是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图：(1)图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②③④依次是________、________和________．(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离()A．增大③和④之间的距离B．增大④和⑤之间的距离C．将红色滤光片改为绿色滤光片D．增大双缝之间的距离[解析](1)如图实验设备中②③④依次是滤光片，单缝，双缝．(2)由公式λ＝dlΔx知，在d、λ一定的情况下，要使Δx增大，必须增大l，所以应选答案为B.[答案](1)滤光片单缝双缝(2)B实验数据的处理[例2]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，要把它们放在如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.(2)本实验的实验步骤如下：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________．(3)若测得双缝间距为3.0mm，双缝与屏之间的距离为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条亮纹的位置如图(a)所示，观察第5条亮纹的位置如图(b)所示，则可求出红光的波长λ＝________m．(保留一位有效数字)[解析](1)E、D、B通过滤光片获得单色光，通过单缝获得线光源，通过双缝获得相干光(顺序不能交换)(2)单缝和双缝间距为5cm～10cm，使单缝与双缝相互平行．(3)由题图可知，条纹间距为Δx＝x2－x14＝0.654mm又双缝到屏的距离l＝0.70m，双缝间距d＝3.0mm，由Δx＝ld，代入数据得λ≈7×10－7m.[答案](1)E、D、B(2)见解析(3)7×10－7