第4讲 实验：用双缝干涉测光的波长
一、实验目的
1．明确实验器材的构成及其作用。
2．观察白光及单色光的双缝干涉图样。
3．测定单色光的波长。
二、实验原理
如图所示，电灯发出的光，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相当于一单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，再次发生衍射，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，S1、S2到屏上P点的路程分别为r1、r2，两列光波传到P的路程差Δx′＝|r1－r2|，设光波波长为λ。
1．若Δx′＝nλ (n＝0,1,2，…)，两列波传到P点同相位，互相加强，出现明条纹。
2．若Δx′＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)，两列波传到P点反相位，互相减弱，出现暗条纹。
这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2的明暗相间的干涉条纹。相邻两条明(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，由此可知，只要测出Δx、d、l，即可测出波长λ。
两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx可用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如下图左所示。
转动手轮，分划板会左、右移动。测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如上图右所示)，记下此时手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时，记下手轮上的刻度a2，两次读数之差就是这两条条纹间的距离。即Δx＝|a1－a2|。
Δx很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明(暗)条纹间的距离a，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx＝。
三、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。
四、实验步骤
1．观察双缝干涉图样
(1)把直径约10 cm、长约1 m的遮光筒水平放在光具座上；筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏(装置如图所示)。
(2)取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(3)放好单缝和双缝，单缝和双缝间距离为5～10 cm，并使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。
(4)通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样。
(5)在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的干涉图样。
2．测定单色光的波长
(1)用刻度尺测出屏到双缝的距离l。
(2)转动手轮，使分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数为亮纹1的位置。
(3)转动手轮，使分划板中心刻线对准另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数，即为亮条纹n的位置，两次读数之差为这两条亮条纹间的距离a。
(4)相邻亮纹间距Δx＝，代入λ＝Δx(其中d在双缝上已标出)，即可求得光波波长。
(5)换用不同的滤光片，重复实验测量其他单色光的波长。
