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
如图所示,双缝间距为d,双缝到屏的距离为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可看做直角三角形。
有:r2-r1=dsin θ(令∠S2S1M=θ)①
另:x=ltan θ≈lsin θ②
由①②得r2-r1=d,若P处为亮纹,则d=±kλ(k=0,1,2,…),解得:x=±kλ(k=0,1,2,…),相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距:Δx=λ。
2.测量原理
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,如图甲所示,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个亮纹间的距离a,则可求出相邻两亮纹间的距离Δx=。
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、实验步骤
1.器材的安装与调整
(1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上,如图所示,调整光源的高度,使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把光屏照亮。
(2)将单缝和双缝安装在光具座上,使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上,并注意使双缝与单缝相互平行,在遮光筒有光屏一端安装测量头,如图所示,调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央。
2.观察双缝干涉图样
(1)调节单缝的位置,使单缝和双缝间距离保持在5~10 cm,使缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上,这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹,若干涉条纹不清晰,可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝,即可使干涉条纹清晰明亮。在屏上就会看到白光的双缝干涉图样。
(2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面,通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹。
(3)在光源及单缝之间加上一凸透镜,调节光源及单缝的位置,使光源灯丝成像于单缝上,可提高双缝干涉条纹的亮度,使条纹更加清晰,如图所示。