高中物理 第五章 光的波动性 第2节 学生实验：用双缝干涉测量光的波长教学案 教科版选修3-4-教科版高二选修3-4物理教学案

第 2 节 学生实验：用双缝干涉测量光的波长一、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。二、实验原理1．相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离 Δx 与入射光波长 λ 之间的定量关系推导：如图 5－2－1 所示，设双缝 S1和 S2的距离为 d，到屏的距离为 l，且 l≫d，O 到 S1、S2的距离相等。从 S1、S2射出的光波到达 O 点的路程相等，所以两列波到 O 点时路程差为零，总是互相加强，在 O 点就出现亮条纹。现在我们来研究与 O 点距离为 x 的 P 点的情况。图 5－2－1P 到 S1、S2的距离分别为 r1、r2，从 S1、S2发出的光波到达 P 点的路程差是 Δr＝r2－r1，从图可知r12＝l2＋(x－)2，r22＝l2＋(x＋)2两式相减，可得r22－r12＝(r2－r1)(r2＋r1)＝2dx由于 l≫d，且 l≫x，因此 r2＋r1≈2l，所以 Δr＝x。若 P 处为亮条纹，则 x＝±kλ(k＝0,1,2…)，解得：x＝±kλ(k＝0,1,2，…)，相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝λ2．测量原理由公式 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，只要测出相邻两亮条纹(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。3．测量 Δx 的方法测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图 5－2－2 所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出 n 个亮条纹间的距离 a，则可求出相邻两亮纹间的距离 Δx＝。图 5－2－2三、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、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等、学生电源、导线、米尺。四、实验过程1．观察双缝干涉图样如图 5－2－3 所示：图 5－2－3(1)把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行。(2)在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直。再装好单缝管。(3)让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高。灯丝与单缝之间的距离约为 25 cm。点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡。反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中...