第十二章 實驗十四 用雙縫干涉測量光波長

三、實驗器材雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺．四、實驗步驟1．觀察干涉條紋(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．如圖實

－14

－2所示．圖實－14

－2(2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光．(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏．(4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5cm～10cm，這時，可觀察白光的干涉條紋．(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋．2．測定單色光的波長(1)安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋．(3)用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)．(4)重復(fù)測量．3．光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近．4．照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)．七、誤差分析1．雙縫到屏的距離l的測量存在誤差．2．測條紋間距Δx帶來的誤差：(1)干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度．(2)誤認(rèn)為Δx為亮(暗)條紋的寬度．[例1]現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖實－14

－3所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長．實驗器材和實驗步驟圖實－14

－3(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、________、A.(2)本實驗的實驗步驟有：①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；③用米尺測量雙縫到屏的距離；④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離．在操作步驟②時還應(yīng)注意_________和_________．(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖實－14

－4甲所示．然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖實－14

－4乙中手輪上的示數(shù)________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為________mm.圖實－14

－4(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算公式λ＝__________，求得所測紅光波長為__________nm.[解析]

(1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確排序為：光源、濾光片、單縫、雙縫、屏，因此應(yīng)填：E、D、B.(2)單縫與雙縫的間距為5cm～10cm，使單縫與雙縫相互平行．(3)圖甲的讀數(shù)為2.320mm，圖乙的讀數(shù)為13.870mm，[答案]

(1)E、D、B(2)單縫與雙縫的間距為5cm～10cm使單縫與雙縫相互平行(3)13.870

2.310

(4)

6.6×102

實驗數(shù)據(jù)的處理[例2]

用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖實－14

－5中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，如圖丁所示；雙縫到毛玻璃間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺讀出，如圖丙所示；實驗時先移動測量頭(如圖甲)上的手輪，把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示)，并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1(如圖戊所示)，然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右移動，直到對準(zhǔn)第7條亮條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)x2(如圖己所示)，由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長．圖實－14

－5[答案]

8×10－7m某同學(xué)設(shè)計了一個測定激光的波長的實驗裝置如圖實－14－6(a)所示，激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進(jìn)入一個一端裝有雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現(xiàn)一排等