用游標(biāo)卡尺觀(guān)察光的衍射現(xiàn)象

1、用遊標(biāo)卡尺觀(guān)察光的衍射現(xiàn)象1.基本測(cè)量工具和測(cè)量數(shù)據(jù)1.基本測(cè)量工具及其使用。游標(biāo)卡尺的構(gòu)造：1.主尺（附有左邊的上爪和下爪）副尺，又稱(chēng)游標(biāo)，（附有右邊的上爪和下爪以及深度尺）如圖1-28所示。游標(biāo)卡尺的使用：1.外爪可測(cè)量工作厚度或外徑內(nèi)爪可測(cè)量工作槽寬或內(nèi)徑深度尺可測(cè)量工作的深度用一對(duì)外爪的狹縫觀(guān)察光的衍射現(xiàn)象。游標(biāo)卡尺的原理：常見(jiàn)的游標(biāo)卡尺有精度為0.1毫米、0.02毫米和0.05毫米三種，無(wú)論是哪一種，主尺的最小分度均為1毫米，設(shè)游標(biāo)上一定長(zhǎng)度的線(xiàn)段等分為m格，每分度長(zhǎng)x毫米，使這線(xiàn)段總長(zhǎng)度mx=km-1(主尺上對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)，這里k為所取的主尺上對(duì)比分度數(shù)即毫米數(shù)。由此易知游標(biāo)即每一最

2、小分度真實(shí)長(zhǎng)度x=(km-l)/m毫米；游標(biāo)與主尺每錯(cuò)開(kāi)一格相差x=k-(km-1)/m=1/m當(dāng)k=l,m=10,x=9毫米，x=0.1毫米；m=50,x=0.98毫米，x=0.02毫米；當(dāng)k=2,m=20,x=1.95毫米，x=0.05毫米；可見(jiàn)，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)原理是利用游標(biāo)尺刻線(xiàn)與主尺刻線(xiàn)的微小差異，把微小量的讀數(shù)積累起來(lái)進(jìn)行對(duì)比而讀出數(shù)字來(lái)的。游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：1.無(wú)零誤差時(shí)讀數(shù)法測(cè)量值L二主尺上整的毫米數(shù)N加上小于毫米的小數(shù)kl/m,即L=N毫米+k1/m,這里k為游標(biāo)上第k格被主尺上某刻度線(xiàn)對(duì)齊的格數(shù)。（見(jiàn)表I）表I如圖1-29所示游標(biāo)卡尺的精度為0.1毫米,測(cè)量值L=25+6X0.

3、1毫米=25.6毫米。游標(biāo)有零誤差時(shí)讀數(shù)法如圖1-30所示,在游標(biāo)卡尺未測(cè)物時(shí),一對(duì)下爪并攏后,游標(biāo)的零線(xiàn)在主尺零線(xiàn)的右方,且副尺零線(xiàn)正對(duì)準(zhǔn)主尺零線(xiàn)右邊第3分度,此時(shí)讀數(shù)為-0.3毫米誤差；可以設(shè)想這是由于游標(biāo)卡尺下爪凸起或已經(jīng)夾了0.3毫米厚的物體,所以讀數(shù)值應(yīng)減去這個(gè)數(shù)（零誤差）才是測(cè)量值,即測(cè)量值等于讀數(shù)值加上負(fù)零誤差值。如圖1-31所示,下爪并攏時(shí),游標(biāo)零線(xiàn)在主尺零線(xiàn)左側(cè),此時(shí)應(yīng)把游標(biāo)第10條刻線(xiàn)作為反向零刻線(xiàn),零誤差為0.1毫米而不是0.9毫米,也可以設(shè)想是下爪缺了一塊而凹進(jìn)去,需要0.1毫米物體彌補(bǔ),零誤差為正值。為了便于記憶，我們參考笛卡爾坐標(biāo)，可能把游標(biāo)的零點(diǎn)作為x軸的坐標(biāo)“原

4、點(diǎn)”，主尺零線(xiàn)在“原點(diǎn)”的左方時(shí)，零誤差為負(fù)；主尺零線(xiàn)在“原點(diǎn)”的右方時(shí)，零誤差為正。有零誤差時(shí)的記數(shù)規(guī)則是：（測(cè)量值）L=（讀數(shù)）D土A（零誤差的絕對(duì)值）使用游標(biāo)卡尺的注意事項(xiàng)：要以適當(dāng)?shù)膲毫佑|被測(cè)物，不可太緊，以防損傷平直度和平行度很高的測(cè)腳刀口。不允許測(cè)臟的物體或毛坯工件，不允許被測(cè)物夾在測(cè)腳間滑動(dòng)，避免測(cè)量面劃傷、磨損。讀數(shù)時(shí)，在測(cè)腳夾住被測(cè)物后適當(dāng)旋緊固定螺絲。讀數(shù)時(shí)視線(xiàn)應(yīng)垂直尺面并避免強(qiáng)光側(cè)照，以減少偏視誤差。游標(biāo)卡尺要輕拿輕放，用畢放回木盒中保存，防止尺或測(cè)腳碰傷或變形。1.測(cè)量值的有效數(shù)字。游標(biāo)卡尺測(cè)量物體或下爪張開(kāi)狹縫觀(guān)察光的衍射現(xiàn)象時(shí)能直接讀出最小分度的準(zhǔn)確值，有效數(shù)字的

5、末位與游標(biāo)卡尺的精度對(duì)齊，不需要估讀，也不需要另在有效數(shù)字末位補(bǔ)“0”表示游標(biāo)最小分度值，值得注意是：如果用精度為0.1毫米、0.02毫米和0.05毫米3種游標(biāo)卡尺測(cè)同一個(gè)工件，其長(zhǎng)度記作0.10毫米，這個(gè)數(shù)字末位的“0”，對(duì)精度為0.02毫米和0.05毫米的卡尺的讀數(shù)而言，不是補(bǔ)的“0”，而是這兩種卡尺的游標(biāo)分別與各自的主尺錯(cuò)開(kāi)5格和2格得到的。對(duì)精度為0.1毫米的卡尺而言，這個(gè)“0.10毫米”數(shù)據(jù)后面的“0”是不必要的。1.實(shí)驗(yàn)條例與點(diǎn)撥實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用游標(biāo)卡尺觀(guān)察光的衍射現(xiàn)象。2.練習(xí)使用游標(biāo)卡尺。實(shí)驗(yàn)器材1.游標(biāo)卡尺室內(nèi)直絲白熾燈學(xué)生電源（或者只用游標(biāo)卡尺和教室內(nèi)的日光燈）實(shí)驗(yàn)原理被觀(guān)察

6、的光在狹縫處發(fā)生衍射，衍射光進(jìn)入眼簾后在視網(wǎng)膜上形成衍射條紋。點(diǎn)撥：用游標(biāo)卡尺直接觀(guān)察衍射條紋，眼睛視網(wǎng)膜類(lèi)似一個(gè)光屏。實(shí)驗(yàn)步驟1.接通電源，點(diǎn)燃線(xiàn)狀白熾燈或日光燈。點(diǎn)撥：用日光燈作線(xiàn)燈光源時(shí)為獲得最明顯的衍射條紋，應(yīng)在燈管外包一層黑紙，只留一條窄的直縫射出光線(xiàn)。（2）使游標(biāo)卡尺外量爪狹縫與線(xiàn)光源平行，（或與日光燈管平行）眼睛緊造狹縫，且眼睛大致與狹縫平行再觀(guān)察。點(diǎn)撥：用日光燈直接作線(xiàn)光源時(shí)，觀(guān)察的狹縫應(yīng)距離燈管遠(yuǎn)些，如2米以外；用包有黑紙但留有窄直縫的日光燈和線(xiàn)狀白熾燈作光源時(shí)，觀(guān)察的狹縫可以距離光源近些，如0.5米左右。（3）調(diào)節(jié)卡尺與外量爪的間距，取幾個(gè)不同的衍射單縫對(duì)比觀(guān)察，可由1毫米

7、逐漸減小到0.1毫米。實(shí)驗(yàn)記錄表II項(xiàng)目次數(shù)狹縫寬度觀(guān)察光源中央條紋兩側(cè)條紋顏色寬度（與兩側(cè)比較）顏色（與中央條紋比較）10.5mm白熾燈線(xiàn)光源白色較寬彩色較窄（關(guān)于中央條紋對(duì)稱(chēng)）20.4mm紅色線(xiàn)光源紅色亮紋較寬明暗相間較窄（關(guān)于中央條紋對(duì)稱(chēng)）30.2mm40.1mm點(diǎn)撥（1）：我們知道，無(wú)論是哪一種波，產(chǎn)生明顯衍射的條件是：狹縫、孔徑或障礙物的尺寸與波長(zhǎng)可以比擬，即相差不大，而可見(jiàn)光波長(zhǎng)在4.0X1037.7X103埃，一般情況下，狹縫、單孔的尺寸很難與光波長(zhǎng)比擬，只可謂縫越窄，其尺寸與光波長(zhǎng)懸殊減小，衍射更明顯。點(diǎn)撥（2）：衍射和干涉都是波的基本特征，而衍射是一列光波傳播過(guò)程中受到阻礙時(shí)

8、發(fā)生的行為；干涉則是滿(mǎn)足相干條件的兩列光波在相遇空間發(fā)生的現(xiàn)象，它研究的是無(wú)限列光波的干涉，是更精細(xì)的干涉，干涉中伴隨著衍射。例如楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中，如果雙縫都開(kāi)得很寬，使得每個(gè)縫的衍射極不明顯，則這兩列光就沒(méi)有明顯的干涉現(xiàn)象。從干涉條紋看，明紋與明紋、暗紋與暗紋寬度相等；而衍射條紋則是中央明紋寬，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)窄一些，干涉和衍射條紋都可以用光屏得到，實(shí)驗(yàn)中易混淆的是：衍射條紋和干涉條紋；易錯(cuò)的是：游標(biāo)卡尺讀數(shù)；易忘的是：不同色光衍射條紋的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論1.衍射單縫由0.5毫米到0.1毫米以下，可看到縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋間距也越大，即條紋越寬。2.無(wú)論是單色還是白光，其中央條紋比兩側(cè)條紋寬，且

9、中央呈亮紋。1.實(shí)驗(yàn)變通變通（1）：線(xiàn)狀白熾燈先后用紅、黃、綠、紫色濾光紙包蓋，再用寬度相同的狹縫觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)中央衍射條紋依次變窄。變通（2）：用一個(gè)小電珠作光源，燈光通過(guò)某黑屏的小孔（孔徑約0.05毫米）在另一光屏上呈現(xiàn)明暗相間的同心環(huán)，中央有一亮斑；適當(dāng)增大孔，見(jiàn)光屏上有燈絲清晰像；再增大孔徑，光屏上呈現(xiàn)一圓光斑。2.練習(xí)1.用卡尺觀(guān)察光的衍射實(shí)驗(yàn)中，下列判斷正確的是（）A.用線(xiàn)狀（直絲）白熾燈作光源時(shí)，條紋中心是白色的用普通的白熾燈做光源，無(wú)論卡尺狹縫的寬度如何，都看不到衍射現(xiàn)象把線(xiàn)狀光源比點(diǎn)光源好把狹縫的寬度由0.5毫米變?yōu)?.1毫米，衍射條紋變窄。1.有一通用游標(biāo)卡尺，副尺的最小分度總數(shù)為20，這種卡尺的精度是，游標(biāo)刻度總長(zhǎng)。2.如圖1-32表示用零點(diǎn)準(zhǔn)確的游標(biāo)卡尺測(cè)量一圓柱體