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(共19张PPT)
4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长
实验：用双缝干涉测量光的波长
（1）观测单色光的双缝干涉图样
（2）用双缝干涉图样测定单色光的波长
一、实验目的
二、实验原理
滤光片
单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）纹间的距离 x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ之间满足：
实验原理式
透镜作用：将点光源变成平行光
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
目镜
单缝
透镜
三、实验器材
单缝
双缝
三、实验器材
游标卡尺
三、实验器材
遮光筒
毛玻璃屏
三、实验器材
四、物理量的测量
1.l 的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。
滤光片
l
四、物理量的测量
2. x的测量：用测量头测量n个亮条纹间的距离。
两种测量头都由分划板、目镜、手轮等构成。
五、实验步骤
1. 将光源、遮光筒、毛玻璃屏等依次安放在光具座上。
滤光片
2.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。
3.调节光源的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿着遮光筒的轴线到达光屏。
4. 安装单缝和双缝，使单缝与双缝相互平行，二者间距约5～10 cm，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。
5.在单缝和光源间放上滤光片，就可以观察到单色光的双缝干涉图样。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化。
1.安装滤光片和测量头，调节至通过目镜可清晰观察到干涉条纹。
2.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。
3.转动图乙测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数x1 ；转动手轮，使分划板中心刻线对齐另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数x2 ；并记下两次测量时移过的亮条纹数n。则相邻亮纹间距为：
4.换用不同颜色的滤光片和改变双缝间的距离，重复上述(1)～(3)步骤，观察干涉条纹间距的变化，并求出相应的波长。
五、实验步骤
六、数据处理
双缝干涉（红光）
d l x1 x2 a λ
d1= l1
l1
l2
d2= l1
l1
l2
七、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Δx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.
根据，双缝间的距离d已知，故误差主要来源于双缝到屏的距离l以及相邻两条亮条纹间的距离Δx的测量。
活动：如何减小l的测量误差？
提示：因双缝到屏的距离较长，应选用刻度尺测量l，并用多次测量求平均值的办法减小误差。
活动：如何减小相邻两条亮条纹间的距离Δx的测量误差？
提示：(1)将干涉条纹调到最清晰的程度；(2)分划板中心刻线须与干涉条纹调至平行，且使中心刻线位于亮条纹中心；(3)测出n条亮条纹间的距离a，然后取平均值求出相邻两条亮条纹间的距离Δx，即。
七、误差分析
1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件．
2．滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去．
3．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、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm.
4．调节的基本依据：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行．
5.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.
6．测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心．
7．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近．
八、注意事项
例　现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量某单色光的波长。
(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：__________________。
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧除光源之外的元件，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的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用测量头测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意__________________和__________________。
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm。
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式
λ＝________，求得所测单色光波长为________ nm。
[变式训练]　如图甲所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用双缝间距d＝0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，副尺(游标尺)上有20分度。如图乙所示，某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐，此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图丙所示，此示数为________ mm；接着再转动手轮，使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐，测得A到B条纹间的距离为8.40 mm。利用上述测量结果，经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长λ＝________ m(保留两位有效数字)。
(2)另一同学按实验装置安装好仪器后，观察到光的干涉现象效果很好。若他对实验装置做了一下改动后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加。以下改动可能实现这个效果的是________。
A．仅将滤光片移至单缝和双缝之间
B．仅将单缝向远离双缝的方向移动少许
C．仅将单缝与双缝的位置互换
D．仅将红色的滤光片换成绿色的滤光片

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