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高中物理 第4章 光的波动性 4.2 用双缝干涉仪测定光的波长教师用书 沪科版选修3-4-沪科版高二选修3-4物理学案VIP免费

高中物理 第4章 光的波动性 4.2 用双缝干涉仪测定光的波长教师用书 沪科版选修3-4-沪科版高二选修3-4物理学案_第1页
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4.2用双缝干涉仪测定光的波长一、实验目的1.了解光波产生稳定干涉图样的条件.2.观察白光及单色光的双缝干涉图样.3.掌握用公式Δx=λ测定波长的方法.4.会用测量头测量条纹间距离.二、实验原理1.相邻明纹(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421所示,双缝间距d,双缝到屏的距离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P,两缝与P的距离PS1=r1,PS2=r2.在线段PS2上作PM=PS1,则S2M=r2-r1,因d≪l,三角形S1S2M可看作直角三角形.有:r2-r1=dsinθ(令∠S2S1M=θ).图421则:x=ltanθ≈lsinθ有:r2-r1=d若P处为亮纹,则d=±kλ,(k=0,1,2,…)解得:x=±kλ.(k=0,1,2,…)相邻两亮纹或暗纹的中心距离:Δx=λ.2.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.3.条纹间距Δx的测定如图422甲所示,测量头由分划板、目镜、手轮等构成,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(向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐,如图422乙所示记下此时读数,再转动手轮,用同样的方法测出n个亮纹间的距离a,可求出相邻两亮纹间的距离Δx=.图422三、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.1一、实验步骤1.观察双缝干涉图样(1)将光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上,如图423所示图423(2)接通电源,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轴线到达光屏.(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,两者间距为5~10cm.这时可观察白光的干涉条纹.(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至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2;并记下两次测量的亮条纹数n,则相邻两亮条纹间距Δx=.(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离L.(4)将测出的L、Δx代入Δx=λ求出光波的波长λ.(5)重复测量、计算,求出波长的平均值.(6)换用不同颜色的滤光片,重复实验.二、数据处理(1)对每次测量由公式Δx=计算相邻两亮条纹间距.(2)对每次测量用公式Δx=λ计算光波的波长.(3)对每种单色光的多次测量值求平均值作为该单色光波长的测量值.三、注意事项(1)放置单缝和双缝时,必须使缝平行.(2)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.(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心.(4)要多测几个亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,再求Δx.(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所致;干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行.四、误差分析本实验的误差主要来源于以下两个方面:(1)l的测量误差因本实验中,双缝到屏的距离非常长,l的测量误差不太大,但也应选用mm刻度尺测量,并用多次测量求平均值的办法减小误差.2(2)测条纹间距Δx带来的误差①干涉条纹没有调到最清晰的程度.②分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心.③测量多条亮条纹间距时读数不准确.实验探究1实验操作过程及仪器读数在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图424):图424(1)下列说法哪一个是错误的________.(填选项前的字母)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距Δx=(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图425所示,其示数为______mm.图425【解析】(1)放上单缝和双缝后,由于发生干涉现象没法调节光源的高度,故A项错误.(2)按读数规则...

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