第4节 实验:用双缝干涉测量光的波长
1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理,知道影响相邻条纹间距的因素。
2.通过进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验,加深对双缝干涉图样的认识和理解。
3.认识物理实验和数学工具在物理发展过程中的作用。
一、实验目的
1.观察单色光的双缝干涉图样。
2.测定单色光的波长。
二、实验原理
双缝干涉实验中,相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δx=λ,根据这个公式可得λ=。
1.相邻亮纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导
如图所示,双缝间距为d,双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P1,两缝与P1的距离P1S1=r1,P1S2=r2。在线段P1S2上作P1M=P1S1,则S2M=r2-r1,因d?l,三角形S1S2M可看做直角三角形。有:
r2-r1=dsinθ(令∠S2S1M=θ)①
另:x=ltanθ≈lsinθ②
由①②得r2-r1=d
若P1处出现亮条纹,则d=±kλ(k=0,1,2,…),
解得:x=±kλ(k=0,1,2,…)
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距:Δx=λ。
2.光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝,相当于线光源,经双缝产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹。如果用白光通过单缝和双缝可以观察到彩色条纹。
3.若双缝到屏的距离用l表示,双缝间的距离用d表示,相邻两条亮纹或暗纹间的距离用Δx表示,则入射光的波长为λ=。实验中d是已知的,测出l、Δx即可求出光的波长λ。
三、实验器材
双缝干涉仪(包括:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,其中测量头又包括:分划板、目镜、手轮等),另外还有学生电源、导线、米尺。
四、实验步骤
1.观察双缝干涉图样
(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)调节光源的高度和角度,使光源灯丝发出的光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(4)安装单缝和双缝,使单缝与双缝相互平行,二者间距约5~10 cm,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。
(5)在单缝和光源间放上滤光片,就可见到单色光的双缝干涉图样。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离,观察干涉条纹的变化。撤去滤光片,观察白光的干涉条纹。