4.4

實驗：用雙縫干涉測量光的波長

實驗目的(1)用雙縫干涉實驗裝置測量光的波長。(2)學習測量微小距離的方法。實驗器材光具座、雙縫干涉儀：由光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成、學生電源。實驗器材透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。如果用激光做光源，則可以直接用激光束照射雙縫，透鏡、濾光片及單縫都不需要了。實驗原理原理：光源發出的光通過濾色片成為單色光，然后通過單縫成為線光源，經雙縫便產生穩定的干涉圖樣，可以在屏上看到條紋。由于雙縫間的距離d已知，雙縫到屏的距離L可以用米尺測出，相鄰兩條亮(暗)紋中心間的距離Δx可用測微目鏡測出，根據公式λ=dΔx/L,便可計算出該單色光的波長。調整共軸把遮光筒水平放在光具座上，筒的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏。取下單縫和雙縫，打開光源，調節光源的高度和方向，使光源發出的光能夠沿著遮光筒的軸線照亮屏。然后放好單縫和雙縫，單縫和雙縫間的距離為5~10cm，要注意使單縫與雙縫相互平行，縫的中心大致位于遮光筒的軸線上(這個調整過程稱為調節共軸)。注意：避免眼睛長時間直視光源。雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應輕拿輕放，以免損壞。測微目鏡（頭）的使用方法測微目鏡如圖所示。它由刻度板、目鏡、手輪等構成。轉動手輪，刻度板會左右移動。測量頭上手輪的讀數可按螺旋測微器或游標卡尺的讀數方法讀取。先不安裝濾光片在遮光管的另一端裝上測量頭。在單縫管上裝上撥桿，邊觀察，邊左右移動撥桿，調節單縫與雙縫平行，直至看到白光的干涉條紋最清晰。這時看到的彩色干涉條紋的特征是：中央為一條白色亮條紋,稱為零級亮條紋；其余各級亮條紋都是彩色的，彩色條紋的排列以零級亮條紋為中心左右對稱。在第一級亮條紋中，紅色在最外側。安裝濾光片測量單色光波長時，在單縫前面加上紅色或綠色濾光片即可看到紅黑相間或綠黑相間的干涉條紋，再調節目鏡,就能同時清晰地看到分劃線和干涉條紋，然后繞光軸轉動測量頭，使分劃線與干涉條紋平行，固定好測量頭后即可進行測量。分別讀數并計算觀察光屏上的白光干涉條紋的特點。給光源加上不同的濾光片，看條紋的色彩、間距發生了什么變化，相鄰亮條紋(或暗條紋)的間距是否相等。分別改變濾光片的顏色和雙縫的距離，觀察干涉條紋的變化，并求出相應的波長。讀數方法與技巧先移動測量頭上的手輪,把分劃線對準最左邊的一條干涉亮條紋(或者暗條紋)，并記下它在游標卡尺上的讀數，然后轉動手輪，把分劃線移向右邊，并對準第n條(一般可取7左右)干涉亮條紋(或暗條紋)。用測微目鏡測出n條亮(暗)紋間的距離s，則相鄰兩條亮(暗)紋間的距離Δx=s/（n-1）多測幾次，取其平均值，得出所測單色光的波長。思考：為什么不直接測量Δx，而要測量n條條紋的間距？數據分析將測量的數據記入你設計的表格中，并分析數據，形成結論。思考，還有哪些方法可以減小誤差？你在實驗中遇到了哪些困難，又是怎樣克服的？思考與練習

用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離為d，測出圖⑤中雙縫的位置為L1，毛玻璃屏的位置為L2，實驗時移動測量頭（如圖①所示）上的手輪，把分劃線對準靠近最左邊的一條亮條紋（如圖②所示），并記下螺旋測微器的讀數為x1（如圖③所示），然后轉動手輪，把分劃線向右邊移動，直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微器讀數為x7=___________mm（如圖④所示），由以上測量數據可求得該單色光的波長λ=___________（用題中測量量的符號表示）在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上（如圖1），并選用縫中心間距為d的雙縫屏。從儀器注明的規格可知，毛玻璃屏與雙縫屏間的距離為L。接通電源使光源正常工作，發出白光。（1）若取下濾光片，其他實驗條件不變，則在目鏡中___________。A．觀察不到干涉條紋B．可觀察到明暗相間的白條紋C．可觀察到彩色條紋（2）若實驗中得到的干涉圖樣如圖2所示，毛玻璃屏上的分劃板中心刻線在圖2中A、B位置時，手輪上的讀數分別為x1、x2（x1<x2），則入射的單色光波長的計算表達式為___________。分劃板中心刻線在A位置時手輪上的示數如乙所示，則讀數為___________mm。如圖為撥桿，請問它是按照下列哪種方式安裝和操作的______；A．撥桿A處丫字叉套在單縫所在處的支柱并為軸，手持撥桿的C端，通過左右撥動來調節B小孔套住的雙縫B．