2016-2017学年高中物理第4章光的波动性4.2用双缝干涉仪测定光的波长教师用书沪科版选修3-4

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1、4.2用双缝干涉仪测定光的波长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 A x=d入测定波长的方法.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A x与入射光波长 入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1.双缝Si、S2的连线的中垂线与屏的交 点为Po.对屏上与Po距离为x的一点P,两缝与P的距离PS=ri, PS=2.在线段PS上作 PM= PS,则SM=2ri,因d? l ,三角形SS2M可看作直角三角形.有：2ri=dsin 0(令 /s2sM= e).图 4-2-1则：x=

2、l tan 8 = l sin 9有:2r1 = dj x若P处为凫纹，则d=k入，(k= 0,1,2 ,)解得：x= kd入.(k= 0,1,2 ,)相邻两亮纹或暗纹白中心距离：Ax= !人.d2 .测量原理由公式A x = d入可知，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Ax,即可由公 式入=d A x计算出入射光波长的大小.3.条纹间距Ax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

3、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A-言图 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1.观察双缝干涉图样4-2-3所示(1)将光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上，如图光源旗JtH单缝双埴 遮光筒.g W!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510 cm.这时可观察白光的干涉条纹

4、.(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|a2 a1|纹数n,则相邻两凫条纹间距Ax = L_l(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离L.(4)将测出的L、A x代入Ax=dx求出光波的波长 人.(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I a2ai |(1)对每次测量由公式 Ax=-J计算相邻两亮条纹间距.n

5、- 1(2)对每次测量用公式 A x=d入计算光波的波长.(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 Ax.(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

6、，但也应选用mmJ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 A x带来的误差干涉条纹没有调到最清晰的程度.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测量多条亮条纹间距时读数不准确.典例精析导悟(典型例题分裂探究)实验探究1实验操作过程及仪器读数 ffin 在“用双缝干涉测光的波长”实验中 (实验装置如下图4-2-4):光淑性也片单绕双缝遁光筒屏图 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，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误

7、差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距an- 1（2）测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图4-2-5所示，其示数为mm.图 4-2-5【解析】（1）放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故 A项错误.（2）按读数规则，读出示数为：1.5 mm + 47.0 X 0.01 mm= 1.970 mm.【答案】（1）A （2）1.970实验探究2实验数据处理卜例以利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度 对齐A条纹中心时（图4-2-6甲），游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图乙），游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm从双缝到屏的距离为1 m,则图丙中游标卡尺的示数为 mm.图丁游标卡尺的示数为 mm. 在实验中，所测单色光的波长为 m.在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色 滤光片，那么在光屏上将 （选填“能”或者“不能”）看到明暗相间的条纹 .图 4-2-6【解析】根据游标卡尺的原理，可读出图丙的示数为 11.4 mm；图丁的示数是 16.8mmAy=mm= 1.35 mm.又根据 Ay = !入，则 入=y=6.75 X 10 7 m.4dl当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时，不满足干涉条件，故不能看到明暗相间的条纹.【答案】11.416.8 6.75 X 10 7不能