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知识梳理[实验目的]1.了解光波产生稳定的干涉现象的条件。 2.观察白光和单色光的双缝干涉图样。3.测定单色光的波长。 [实验原理] 1.光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光经过单缝后,相当于线光源,经 双缝产生稳定的干涉图样,我们通过光屏可以观察到明、暗相间的干涉条 纹,若用白光照射,通过双缝可以在光屏上得到彩色条纹。

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2.根据λ= Δx可以计算出单色光的波长。公式中d为双缝间距离,Δx为相邻两条亮(或暗)条纹间的距离,l为双缝到屏间的距离,实验中d一般是已知的, 所以测出l、Δx即可求出光的波长。Δx的测量可用测量头完成,如图所示, 测量头由分划板、目镜、手轮等构成。通过测量头可清晰地看到干涉条 纹,分划板上中心有刻线,以此作标准,并根据手轮的读数可求得Δx,由于Δx 较小,可测出n条亮(或暗)条纹的间距a,则相邻亮(或暗)条纹间的距离Δx=a n 1

d l

。

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[实验器材]双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏 等组成),另外还有学生电源、导线、刻度尺。

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[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遮光筒的轴线到达光屏。 (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5~10 cm,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。

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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条亮条纹;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;将该条亮纹记为第n条亮条纹,则相邻两亮条a2 a1 纹间距Δx= 。 n 1

(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。 (4)重复测量、计算,求出波长的平均值。

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[数据处理]2 1.条纹间距Δx=

a a1 。 n 1

2.波长λ= Δx。3.计算多组数据,求λ的平均值。 [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。

d l

3.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。

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4.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;干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行所致,故应正确 调节。

[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。

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1.(多选)利用双缝干涉仪研究双缝干涉现象时,有下面几种说法,其中正确 的是 ( )

A.将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄 B.将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变宽 C.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽 D.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄

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答案 ABD

l 由条纹间距公式Δx= λ,d指双缝间距离,l是双缝到屏的距 d

离,λ指波长,可知:A项中l减小,Δx变小;B项中λ变大,Δx变大;D项中d变大,Δx 变小,故A、B、D正确。单缝与双缝间的距离变化对干涉条纹间距无影响, C错误。

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2.某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于 ( )

A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大

B.没有安装滤光片C.单缝与双缝平行 D.光源发出的光束太强 答案

A 安装实验器件时要注意使光束的中央轴线与遮光筒的轴线重

合,光源与光屏正面相对,滤光片、单缝和双缝要在同一高度,中心位置在 遮光筒轴线上,单缝与双缝要相互平行,还要使光源发出的光不要太暗,才 能使实验成功,本实验如果没有安装滤光片,则会观察到彩色干涉条纹,故 选A。

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3.用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件: A.白炽灯 C.光屏 E.遮光筒 B.单缝片 D.双缝 F.滤光片

(其中双缝和光屏连在遮光筒上) (1)正确调节装置后,在屏上观察到红光干涉条纹,用测量头测出10条红亮条 纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,用测量头测出10条绿亮条

纹间的距离为b,则一定有a于”)。

b(填“大于”、“小于”或“等

(2)在双缝干涉实验中,滤光片的作用是 的作用是 。

,单缝的作用是

,双缝

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答案

(1)大于 (2)获得单色光 形成线光源 形成相干光源l d

解析 (1)由于红光的波长大于绿光的波长,根据Δx= λ可知,红色光的干

涉条纹间距大于绿色光的干涉条纹间距,因此a>b。 (2)各元件的作用为:滤光片的作用是获得单色光,单缝的作用是形成线光 源,双缝的作用是形成相干光源。

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4.用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离d的大小恰好是图丁中 游标卡尺的读数;双缝到毛玻璃间的距离大小由图中的毫米刻度尺读出,如 图丙所示;实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮

,把分划线对准靠近 最左边的一条亮条纹中心线(如图乙所示),并记下测量头的读数x1(如图戊 所示),然后转动手轮,把分划线向右移动,直到对准第7条亮条纹并记下测量 头的读数x2(如图已所示),由以上测量数据求该单色光的波长。

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答案

8.0×10-7 ml d 根据条纹间距公式Δx= λ可知,波长λ= Δx,由丁图可直接读出d= d l

解析

0.25 mm=0.000 25 m

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双缝到屏的距离由丙图读出l=749.5 mm=0.749 5 m14.700 0.300 mm=2.40 6 d x 0.000 25 0.002 400 0 mm=0.002 400 m,将以上数据代入得λ= = m≈8.0× 0.749 5 l

由图乙、戊、已可知,相邻两条亮条纹间的距离Δx=

10-7 m。