【高中物理】物理实验：用双缝干涉测光的波长

实验：用双缝干涉测光的波长

[实验目的]

　1、观察双缝干涉的干涉图样

　2、测定单色光的波长

[实验原理]

如图1所示，电灯发出的光经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一单色光源，衍射光波同时到达双缝S₁和S₂之后，再次发生衍射，S₁、S₂双缝相当于二个步调完全一致的单色相干光源，透过S₁、S₂双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，到S₁、S₂距离之差是波长整数倍的位置上，（如P₁、P₂：P₁S₂－P₁S₁＝λ　P₂S₂－P₂S₁＝2λ）两列光叠加后加强得到明条纹，在到S₁、S₂的距离差为半波长的奇数倍的位置上，两列光相遇后相互抵消，出现暗条纹，这样就在屏上得到了平行于双缝S₁、S₂的明暗相间的干涉条纹。

相邻两条明条纹间的距离Δx，与入射光的波长λ，双缝S₁、S₂间距离d及双缝与屏的距离L有关，其关系式为：∆x=^L/_d λ, 由此，只要测出Δx、d、L即可测出波长λ，若光源与单缝间不加滤光片，则光源所发出的各种色光在屏上都分别发生叠加而出现明暗相间找条纹，但各种色光的波长不同，从而两相邻明条纹间的距离就不同，但是各色光在屏上S₁、S₂等距离的位置O处均出现明条纹，即明条纹在此重合。从而此处的条纹颜色为白色，但在其它位置上各色光的明条纹并不重合。从而，显现出彩色条纹。

两条相邻明（暗）条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图2所示。转动手轮，分划板会在左右移动。测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心（如图3所示）记下此时手轮上的读数a₁，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划

板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度线a₂，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离。即∆x=|a₁-a₂|。

Δx很小，直接测量时相对误差较大。通常测出n条明条纹

间的距离a，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离。

Δx＝a/(n-1)

(ΔS :路程差(光程差)；d两条狭缝间的距离；L：挡板与屏间的距离) 测出n条亮条纹间的距离a

       [实验器材]

　双缝干涉仪即：光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺

[实验步骤]

　1、观察双缝干涉图样

⑴将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如图4所示。

⑵接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。

⑶调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。

⑷安装双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约为5～10cm。

⑸放上单缝，观察白光的干涉条纹。

⑹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

⑴安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。

⑵使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a₁，转动手轮，使分划板中心刻线移动；记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a₂，a₁与a₂之差即为n条亮纹的间距。

⑶用刻度尺测量双缝到光屏间距L（d是已知的）。

⑷重复测量、计算，求出波长的平均值。

⑸换用不同的滤光片，重复实验。

[注意事项]

　1、双缝干涉仪是比较精密的仪器。应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒，测量头等元件。

　2、滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。

　3、安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直

　4、光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。

　5、调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致。

[例题]
1、某位同学在测定光波的波长实验中，透过测量头的目镜观察双缝干涉图样时，发现，只在工左侧视野中有明暗相间的条纹出现，而右侧没有，应如调节？

　【解析】这是由于测量头目镜偏离遮光筒轴线所致，可以转动测量头上的手轮，使测量头向左移动，直到在目镜中看到明暗条纹布满视野为止。

2、若上题中，看不到明暗条纹，只看到一片亮区，应注意如何调节？