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选修3-4-3第3讲 实验 用双缝干涉测光波长

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用双缝干涉实验测光 第4讲用双缝干涉实验测光 用双缝干涉测光 用双缝干涉实验
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1.理解双缝缝干涉的原理,能安装和调试仪调试仪 器. 2.观观察入射光分别为别为 白光和单单色光时时双缝缝干涉的图样图样 . 3.掌握用公式Δx= λ测测波长长的方法. 第3讲 实验 用双缝干涉测光的波长 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. 单单色光通过单缝过单缝 后,经经双缝产缝产 生稳稳定的干涉图样图样 ,图样图样 中相邻邻两条 亮(暗)纹间纹间 距Δx与双缝间缝间 距d、双缝缝到屏的距离l、单单色光的波长长λ之间满间满 足 λ=d·Δx/l. 附:测量头的构造及使用 如图图2-3-1甲所示,测测量头头由分划板、目镜镜、手轮轮等构成,转动转动 手 轮轮,分划板会向左右移动动,测测量时时,应应使分划板中心刻度对齐对齐 条纹纹的中心 ,如图图2-3-1乙,记记下此时时手轮轮上的读读数. 两次读读数之差就表示这这两条条纹间纹间 的距离. 实际测实际测 量时时,要测测出n条明纹纹(暗纹纹)的宽宽度,设为设为 a,那么Δx= 图2-3-1 一、安装仪器 1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图图2-3-2所示 . 2.接好光源,打开开关,使白炽炽灯正常发发光.调节调节 各部件的高度,使 光源灯丝发丝发 出的光能沿轴线轴线 到达光屏. 3.安装单缝单缝 和双缝缝,中心位于遮光筒的轴线轴线 上,使双缝缝和单缝单缝 的缝缝 平行. 图2-3-2 二、观察与记录 4.调单缝单缝 与双缝间缝间 距为为几厘米时时,观观察白光的干涉条纹纹. 5.在单缝单缝 和光源间间放上滤滤光片,观观察单单色光的干涉条纹纹. 6.调节测调节测 量头头,使分划板中心刻度线对齐线对齐 第1条亮条纹纹的中心,记记下 手轮轮上的读读数a1,转动转动 手轮轮,使分划板向一侧侧移动动,当分划板中心刻度线线 与第n条相邻邻的明条纹纹中心对齐时对齐时 ,记记下手轮轮上的刻度数a2,则则相邻邻两条 纹间纹间 的距离Δx= 7.换换用不同的滤滤光片,测测量其他色光的波长长. 三、数据处理 •用刻度尺测测量出双缝缝到光屏间间的距离l,由公式λ= Δx计计算波长长. 重复测测量、计计算,求出波长长的平均值值. 1.使用测测量头测头测 量a1、a2易出现误现误 差.这样这样 造成了条纹间纹间 距Δx 的误误差. 2.用刻度尺测测量l时时,也容易出现误现误 差. 1.实验时应调验时应调 整光源、单缝单缝 、双缝缝和光屏、测测量头头共轴轴,单缝单缝 和双缝缝 安装时应竖时应竖 直且相互平行,遮光筒的轴线轴线 要与光具座导轨导轨 平行.若不共轴轴或 单缝单缝 与双缝缝不平行则则会引起干涉条纹纹亮度小,不清晰,不便于观观察和测测量. 2.分划板上的刻线应线应 与干涉条纹纹的亮(暗)线线平行,否则则会增大测测量结结果 的误误差. 3.双缝缝、测测量头头安装到遮光筒上时时要装到底,使各部件的定位面紧紧密吻 合,否则则影响测测量结结果. 【例1】 如图图2-3-3所示,在“用双缝缝干涉测测光的波长长”实验实验 中,光具 座上放置的光学元件依次为为①光源、②______、③______、④______、⑤遮 光筒、⑥光屏.对对于某种单单色光,为为增加相邻邻亮纹纹(暗纹纹)间间的距离,可采 取__________或__________的方法. 图2-3-3 解析:做该实验时用单色光,应特别注意,②是滤光片,其他依次是单 缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏.由条纹间距公式Δx= 可知,要增大相 邻条纹间距,应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离. 答案:滤光片 单缝单缝 屏 双缝缝屏 增大双缝缝屏到光缝缝屏的距离 减小 两缝间缝间 距离 【例2】 现有毛玻璃屏A、双缝缝B、白光光源C、单缝单缝 D和透红红光的滤滤光片 E等光学元件,要把它们们放在图图2-3-4所示的光具座上组组装成双缝缝干涉装置, 用以测测量红红光的波长长. (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顺序应为应为 C、________、A. 图2-3-4 (2)本实验实验 的步骤骤有: ①取下遮光筒左侧侧的元件,调节调节 光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴轴 线线把屏照亮; ②按合理顺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 筒的轴线轴线 上; ③用米尺测测量双缝缝到屏的距离; ④用测测量头头(其读读数方法同螺旋测测微器)测测量数条亮纹间纹间 的距离. 在操作步骤骤②时还应时还应 注意_____________________________________. (3)将测测量头头的分划板中心刻线线与某亮纹纹中心对齐对齐 ,将该该亮纹纹定为为第1 条亮纹纹,此时时手轮轮上的示数如图图2-3-5甲所示.然后同方向转动测转动测 量头头 ,使分划板中心刻线线与第6条亮纹纹中心对齐对齐 ,记记下此时图时图 2-3-5乙中手轮轮 上的示数______ mm,求得相邻邻亮纹纹的间间距Δx为为________ mm. (4)已知双缝间缝间 距d为为2.0×10-4 m,测测得双缝缝到屏的距离l为为0.700 m,由 计计算式λ=________,求得所测红测红 光波长为长为 ________ nm. 图2-3-5 甲乙 解析:(1)滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是获取线光源,双缝 屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏.所以排列顺序为:C、E、D、B、 A. (2)在操作步骤②时应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使缝平行; 单缝、双缝间距离大约为5~10 cm;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏 的中心在同一轴线上. (3)螺旋测微器的读数应该:先读整数刻度,然后看半刻度是否露出,最后 看可动刻度,图乙读数为13.870 mm,图甲读数为2.320 mm,所以相邻条纹间 距Δx= mm=2.310 mm. (4)由条纹间距离公式Δx= 得:λ= ,代入数值得: λ=6.6×10-7 m=6.6×102 nm. 答案:(1)C、E、D、B、A (2)放置单缝单缝 、双缝时缝时 ,必须须使缝缝平行;单缝单缝 、双缝间缝间 距离大约为约为 5~ 10 cm;要保证证光源、滤滤光片、单缝单缝 、双缝缝和光屏的中心在同一轴线轴线 上 (3)13.870 2.310 (4) 6.6×102 【例3】在利用双缝缝干涉测测定光波波长时长时 ,首先调节调节 光源、滤滤光片、单单 缝缝和双缝缝的中心均位于遮光筒的中心轴线轴线 上,并使单缝单缝 和双缝竖缝竖 直并且互相 平行,当屏上出现现了干涉图样图样 后,用测测量头头上的游标标卡尺去测测量,转动转动 手 轮轮,移动动分划板使分划中心刻线线与某条明纹纹中心对齐时对齐时 (如图图2-3-6A所示) 将此明纹记为纹记为 1,然后再转动转动 手轮轮,分划板中心刻线线向右移动动,依次经过经过 2 、3……明纹纹,最终终与明纹纹6中心对齐对齐 ,分划板中心刻线线与明纹纹1和明纹纹6对对 齐时齐时 游标标卡尺示数分别别如图图2-3-6中B、C所示(游标标卡尺为为10分度), 则图B对应的读数为________m,图C对应的读数为________m.用刻度 尺量得双缝到屏的距离为60.00 cm,由双缝上标示获知双缝间距为0.2 mm, 则发生干涉的光波波长为________m. 在实验中,若经粗调后透过测量头上的目镜观察,看不到明暗相间的条 纹,只看到一片亮区,造成这种情况的最可能的原因是 _______________________. 图2-3-6 解析:图B对应读数为1.94×10-2 m,图C对应读数为2.84×10-2 m, 根据公式Δx= λ= m=6.00×10 -7 m 若粗调后看不到干涉条纹,只看到一片亮区,则最可能的原因是单缝与 双缝不平行. 答案:1.94×10-2 2.84×10-2 6.00×10-7 单缝缝与双缝缝不平行 点击此处进入 作业手册
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