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用双缝干涉测量光的波长

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高中物理选修3-4中一个非常重要的实验就是利用双缝干涉特点来测量光的波长

下面我们从实验目的、实验步骤、实验器材、操作步骤等方面详细解析该实验。

1实验目的

(1)观测白光及单色光的双缝干涉图样

(2)测定单色光的波长λ

第一步为定性观察实验,第二步为定量测量实验。有的学校实验室不做定性观测实验,直接测量某种光的波长。

2实验原理

(1)光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到干涉条纹;如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。

(2)若双缝到屏的距离用l表示,双缝间的距离用d表示,相邻两条亮条纹间d的距离用Δx表示,则入射光的波长为λ 。

实验中d是已知的,测出l、Δx即可测出光的波长λ;

光的干涉示意图

3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、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺

4实验装置

如图所示,将直径约为10cm、长约为1m的遮光筒平放在光具座上,筒的一端有双缝,另一端装上毛玻璃做光屏。

光屏其上有刻度,便于读取干涉条纹间距。

先取下双缝,打开光源,调节光源高度,使他发出的一束光恰好沿遮光筒的轴线照亮光屏。

然后,放好单缝和双缝,两屏相距5cm-10cm,使缝互相平行,且位于轴线上,这时可看到彩色干涉条纹(因为是白光)。

若在单缝屏和光源之间放置一块滤光片(把其他光过滤后为单色光了),则可以观察到单色光的干涉条纹

用双缝干涉来测量光的波长

图注释:咱们目前新版教材上用的是激光(较好的单色光)作为光源,那样可以去掉白炽灯和单缝了。

上图是原始版的图,利用滤光片过滤杂光,通过单缝后光相干度更好,便于后面的双缝干涉。当然,这也是实验常考的。

5实验步骤

(1) 调节双缝干涉仪,观察光的双缝干涉现象。

(2) 用单色光入射得到干涉条纹,测出n条亮条纹的距离a,得相邻条纹间的距离△x=a/n;

(3) 利用已知的双缝间距d,用刻度尺测出双缝到屏的距离l,根据物理公式l*λ=△x*d计算出波长λ;

(4) 换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹间的距离有什么变化,并求出相应的波长λ1、λ2……

6实验的注意事项

(1)调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮

(2)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上

(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心,记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心对齐另一条纹的中心,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条条纹间的距离

(4)不要直接测Δx,要测几个条纹的间距通过求平均值来计算得到Δx,这样可减小误差。

(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层。

同学们可以观测一下白光的干涉情况,并通过单色光的干涉来反思为什么白光的条纹与单色光不一样,进而更进一步了解光的波动性。

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