實驗原理
如圖所示的雙縫實驗中,屏離開擋板越遠,條紋間的距離越大,另一方面,實驗所用光波的波長越大,條紋間的距離也越大,這是為什么?
r2 — r1=dsinθ,x=ltanθ≈lsinθ,當兩列波的路程差為波長的整數倍,即dx?L=kλ(k=0,1,2…)時才會出現亮條紋,亮條紋位置為:x=kλL/d。
相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為:單色光通過單縫后,經雙縫產生穩定干涉圖樣,圖中相鄰兩條亮紋間距△x、雙縫間距d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長λ滿足:
實驗器材
雙縫干涉儀(由光具座、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、
導線、刻度尺。
實驗步驟
1、如圖,把長約1m的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。
2、取下雙縫,打開光源,調節光源高度,使它發出的光沿遮光筒軸線照亮屏(中心在同一高度)。
3、裝好單縫和雙縫(縫沿豎直方向),調節透鏡,使燈絲的像成在單縫上,調節單、雙縫,使縫平行,這時在屏上會看到白光的干涉圖樣。
4、在單縫和光源間放上紅色濾光片,觀察紅光干涉圖樣。
5、調節測量頭,使分劃板中心刻線與左端某條(記為第1條)亮紋中心對齊,記下此時測量頭刻度x1,將測量頭朝右端移動,記下第 n 條亮紋中心位置x2;則第1條亮紋與第 n 條亮紋中心間距為a=x2-x1,則相鄰亮紋間距為:
6、已知雙縫間的距離d,測出雙縫到屏的距離L,由 ,計算紅光的波長。
7、觀察與記錄
(1)調單縫與雙縫間距為幾厘米時,觀察白光的干涉條紋.
(2)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋.
(3)調節測量頭,使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的讀數a1,轉動手輪,使分劃板向一側移動,當分劃板中心刻度線與第n條相鄰的明條紋中心對齊時,記下手輪上的刻度數a2,則相鄰兩條紋間的距離為:
(4)換用不同的濾光片,測量其他色光的波長。
紅光的條紋間距最大,紫光的最小;紅光的波長最長,紫光的波長最短;波長越長,頻率越小,波長越短,頻率越大;光的顏色由頻率決定。
注意事項
1.放置單縫和雙縫時,必須使縫平行。
2.要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上。
3.測量頭的中心刻線要對應著亮(或暗)紋的中心。
4.要多測幾個亮紋(或暗紋)中心間的距離,再求Δx。
5.調節的基本依據是:照在像屏上的光很弱,主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋不清晰一般是因為單縫與雙縫不平行。
誤差分析
1.(1)測雙縫到屏的距離l帶來的誤差,可通過選用mm刻度尺,進行多次測量求平均值的辦法減小誤差.
(2)通過測量多條亮條紋間的距離來減小測量誤差。
2.測條紋間距Δx帶來的誤差
(1)干涉條紋沒有調到最清晰的程度。
(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心。
(3)測量多條亮條紋間距離時讀數不準確。
實驗:用雙縫干涉測量光的波長