同學們,你見過最精密的尺子是什么?可能是千分尺,千分尺的精確度可以達到10-5m,你知道,可光的波長比這個還有小的很多,光的波長是怎樣被測量出來的,你能根據(jù)之前學習過的知識設計實驗方案嗎?
由雙縫干涉亮(暗)紋間距的公式
由公式 可知,在雙縫干涉實驗中,d是雙縫間距,是已知的;l是雙縫到屏的距離,可以測出,那么,只要測出相鄰兩明條紋(或相鄰兩暗條紋)中心間距Δx,即可由公式 計算出入射光波長的大小。
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)、學生電源、導線、刻度尺.
根據(jù) 可知,本實驗需要測量的物理量是雙縫到屏的距離 l 和相鄰兩條亮條紋間的距離 (雙縫間的距離 d 已知)。具體操作如下。
l 的測量:雙縫到屏的距離 l 可以用刻度尺測出。 的測量:相鄰兩條亮條紋間的距離 需用測量頭測出。測量頭通常有兩種(如圖所示),但都由分劃板、目鏡、手輪等構成。
轉動手輪,分劃板會左右移動。測量時,應使分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊(如圖所示),記下此時手輪上的讀數(shù)。然后轉動測量頭,使分劃板中心刻線與另一條紋的中心對齊,再次記下手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差表示這兩個條紋間的距離 。
為了減小測量誤差,可測多個亮條紋間的距離,再求出相鄰兩個條紋間的距離。例如,可測出 n 個亮條紋間的距離 a,再求出相鄰兩個亮條紋間的距離 。
設計表格記錄實驗數(shù)據(jù)。d 是已知的,l 和 n 條亮條紋間的距離 a 是直接測量值。
哪些因素會導致實驗有誤差?
1.測雙縫到屏的距離l帶來的誤差,可通過選用mm刻度尺,進行多次測量求平均值的辦法減小誤差.2.通過測量多條亮條紋間的距離來減小測量誤差.3.測條紋間距Δx帶來的誤差.(1)干涉條紋沒有調到最清晰的程度.(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心.(3)測量多條亮條紋間距離時讀數(shù)不準確.
請根據(jù)上述分析設計實驗方案,并與其他同學交流?
1.將光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如圖所示:
2.取下雙縫,打開光源,調節(jié)光源高度,使它發(fā)出的光沿遮光筒軸線照亮屏(中心在同一高度); 3.裝好單縫和雙縫(縫沿豎直方向),調節(jié)透鏡,使燈絲的像成在單縫上,調節(jié)單、雙縫,使縫平行,這時在屏上會看到白光的干涉圖樣; 4.在單縫和光源間放上紅色濾光片,觀察紅光干涉圖樣; 5.調節(jié)測量頭,使分劃板中心刻線與左端某條(記為第1條)亮紋中心對齊,記下此時測量頭刻度x1,將測量頭朝右端移動,記下第 n 條亮紋中心位置x2;則第1條亮紋與第n條亮紋中心間距為a=x2-x1,則相鄰亮紋間距為:
1.放置單縫和雙縫時,必須使縫平行.2.要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上.3.測量頭的中心刻線要對應著亮(或暗)紋的中心.4.要多測幾個亮紋(或暗紋)中心間的距離,再求Δx.5.調節(jié)的基本依據(jù)是:照在像屏上的光很弱,主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋不清晰一般是因為單縫與雙縫不平行.
用雙縫干涉測量光的波長
1.在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖所示):
(2)測量某亮紋位置時,手輪上的示數(shù)如圖所示,其示數(shù)為________mm.?【答案】(1)A (2)1.970【解析】(1)放上單縫和雙縫后,由于發(fā)生干涉現(xiàn)象沒法調節(jié)光源的高度,A錯誤.(2)按讀數(shù)規(guī)則,讀出示數(shù)為1.5 mm+47.0×0.01 mm=1.970 mm.
2.利用雙縫干涉測定單色光波長,某同學在做該實驗時,第一次分劃板中心刻度對齊A條紋中心時(圖甲),游標卡尺的示數(shù)如圖丙所示,第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時(圖乙),游標卡尺的示數(shù)如圖丁所示,已知雙縫間距為0.5 mm,從雙縫到屏的距離為1 m,則圖丙游標卡尺的示數(shù)為________ mm.圖丁游標卡尺的示數(shù)為_______ mm.在實驗中,所測單色光的波長為_______ m.在本實驗中如果在雙縫上各有一個紅色和綠色濾光片,那么在光屏上將_______(填“能”或“不能”)看到明暗相間的條紋.
【答案】11.4 16.8 6.75×10-7 不能

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4 實驗:用雙縫干涉測量光的波長

版本: 人教版 (2019)

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