1.实验原理
如实验原理图甲所示,光源发出的光,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相当于一个单色光源,衍射光波同时到达双缝S1和S2之后,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长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:Δx=λ,因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.
两条相邻亮(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.如实验原理图乙所示.
2.实验器材
双缝干涉仪,即:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺.
3.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,如实验原理图丁所示.
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轴线到达光屏.
④安装单缝和双缝,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上,使单缝与双缝平行,二者间距约为5 cm~10 cm.
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,将该条纹记为第1条亮条纹;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,将该条纹记为第n条亮条纹,测出n个亮条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距Δx=.
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的).
④重复测量、计算,求出波长的平均值.
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1.数据处理
(1)条纹间距的计算:移动测量头的手轮,分划板中央刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1,在第n条亮条纹中央时读数为an,则Δx=.
(2)根据条纹间距与波长的关系Δx=λ得λ=Δx,其中d为双缝间距,l为双缝到屏的距离.
(3)测量时需测量多组数据,求λ的平均值.
2.注意事项
(1)调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.
(2)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上.
(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动手轮,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条纹间的距离.
(4)不要直接测Δx,要测多个亮条纹的间距再计算得到Δx,这样可以减小误差.
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层.
3.误差分析
(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差.
(2)测条纹间距Δx带来的误差:
①干涉条纹没有调整到最清晰的程度.
②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度.
③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.
④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清.
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