一、实验目的
1.观察白光及单色光的双缝干涉图样。
2.掌握用公式Δx=λ测定单色光的波长的方法并能计算光的波长。
二、实验原理
由公式Δx=λ可知,在双缝干涉实验中,d是双缝间距,是已知的,L是双缝到屏的距离,可以测出,那么,只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx,即可由公式λ=Δx计算出入射光波长的大小。
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、毛玻璃屏及测量头,其中测量头又包括分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺。
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)接好光源,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毛玻璃屏。
(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,二者间距约为5 ~10 cm,这时可观察到白光的干涉条纹。
(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。
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)使分划板的中心刻线对齐某条亮(暗)条纹的中央,如图甲、乙所示。记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一亮(暗)条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,得出n个亮(暗)条纹间的距离为a=|a2-a1|,则相邻两亮(暗)条纹的间距Δx=。
(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(d是已知的)。
(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。
(5)换用不同的滤光片,重复实验。
五、数据处理
1.用测量头测量某单色光干涉图样的条纹间距Δx=。
2.用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(双缝间距d是已知的)。
3.将测得的L、d、Δx代入Δx=λ,求出光的波长λ,重复测量、计算,求出波长的平均值。
4.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。
六、误差分析
实验中的双缝间距d是器材本身给出的,因此本实验要注意L和Δx的测量。光波的波长很小,L、Δx的测量是否准确对波长的影响很大。
1.L的测量:L用毫米刻度尺测量,如果可能,可多次测量求平均值。
2.条纹间距Δx的测量:Δx利用测量头测量。可利用“累积法”测量n条亮纹间距,再求Δx=,并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差。
七、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的实验仪器,要轻拿轻放,不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。
2.安装时,要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上,并使单缝、双缝平行且竖直。
3.光源使用线状长丝灯泡,调节时使之与单缝平行且靠近。
4.在实验中会出现屏上的光很弱的情况,主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致;干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关系。