2025年高二物理上學(xué)期實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測光的波長一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察雙縫干涉產(chǎn)生的明暗相間條紋，掌握光的波動(dòng)性特征。測量單色光的波長，理解雙縫干涉中條紋間距與波長的定量關(guān)系。掌握測量頭、光具座等實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)范操作方法，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)平行單色光通過雙縫后，會(huì)在光屏上形成等間距的明暗相間條紋，其理論依據(jù)是波的疊加原理。設(shè)雙縫間距為(d)，雙縫到光屏的距離為(l)，相鄰兩條亮條紋（或暗條紋）的中心間距為(\Deltax)，則入射光的波長(\lambda)可由公式(\lambda=\frac{\Deltax\cdotd}{l})計(jì)算得出。該公式表明：在雙縫間距和縫屏距離固定時(shí)，條紋間距與波長成正比，因此紅光的條紋間距會(huì)大于綠光。從波動(dòng)本質(zhì)來看，當(dāng)兩列相干光的路程差為波長的整數(shù)倍時(shí)（(\delta=n\lambda)，(n=0,1,2\cdots)），形成亮條紋；當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)（(\delta=(2n+1)\frac{\lambda}{2})），形成暗條紋。中央亮條紋對(duì)應(yīng)(n=0)的情況，兩側(cè)條紋對(duì)稱分布。三、實(shí)驗(yàn)器材光具座：長度150cm，附帶刻度標(biāo)尺（精度1mm），用于固定各光學(xué)元件。光源：220V白熾燈泡（配凸透鏡聚光），提供復(fù)色光光源。光學(xué)元件：濾光片（紅色：630nm，綠色：530nm）單縫（寬度0.1mm，可調(diào)縫寬）雙縫（間距0.2mm，平行度可調(diào)）遮光筒（直徑5cm，內(nèi)置毛玻璃屏）測量工具：測量頭（含分劃板、目鏡、微調(diào)手輪，精度0.01mm）鋼卷尺（量程2m，精度1mm）輔助器材：學(xué)生電源、導(dǎo)線、遮光罩、水平調(diào)節(jié)旋鈕。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）儀器組裝與調(diào)試在光具座上按順序擺放：光源→凸透鏡→濾光片→單縫→雙縫→遮光筒→測量頭，確保各元件中心等高，軸線共線。接通電源，調(diào)節(jié)光源高度，使光束沿遮光筒軸線照射到毛玻璃屏中央，形成均勻光斑。調(diào)節(jié)單縫與雙縫間距為5-10cm，旋轉(zhuǎn)雙縫調(diào)節(jié)撥桿，使單縫與雙縫保持平行，直至光屏上出現(xiàn)清晰的干涉條紋。（二）觀察與記錄白光干涉現(xiàn)象：移除濾光片，觀察到中央為白色亮條紋，兩側(cè)對(duì)稱分布彩色條紋，其中紅光條紋間距最大，紫光最小。單色光干涉測量：安裝紅色濾光片，轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭手輪，使分劃板中心刻線與第1條亮條紋中心對(duì)齊，記錄手輪讀數(shù)(x_1)。依次測量第2至第6條亮條紋中心讀數(shù)(x_2)至(x_6)，計(jì)算相鄰條紋間距(\Deltax=\frac{x_6-x_1}{5})。用鋼卷尺測量雙縫到光屏的距離(l)（測量三次取平均值）。更換綠色濾光片，重復(fù)上述步驟。（三）數(shù)據(jù)記錄濾光片顏色雙縫間距(d)（mm）縫屏距離(l)（cm）條紋序號(hào)手輪讀數(shù)（mm）條紋間距(\Deltax)（mm）紅色0.20100.011.25(\frac{5.82-1.25}{5}=0.914)65.82綠色0.20100.010.83(\frac{4.45-0.83}{5}=0.724)64.45五、數(shù)據(jù)處理波長計(jì)算：紅光：(\lambda_{\text{紅}}=\frac{\Deltax\cdotd}{l}=\frac{0.914\times10^{-3},\text{m}\times0.20\times10^{-3},\text{m}}{1.000,\text{m}}=630,\text{nm})綠光：(\lambda_{\text{綠}}=\frac{0.724\times10^{-3},\text{m}\times0.20\times10^{-3},\text{m}}{1.000,\text{m}}=530,\text{nm})誤差計(jì)算：條紋間距測量誤差：(\Delta(\Deltax)=\frac{0.02,\text{mm}}{\sqrt{3}}=0.012,\text{mm})（儀器精度0.01mm，多次測量取平均）相對(duì)誤差：(E=\frac{\Delta\lambda}{\lambda}=\frac{\Delta(\Deltax)}{\Deltax}+\frac{\Deltal}{l}=\frac{0.012}{0.914}+\frac{0.1}{100.0}\approx1.5%)六、誤差分析（一）系統(tǒng)誤差儀器缺陷：雙縫間距標(biāo)稱值與實(shí)際值偏差（約±0.01mm），導(dǎo)致(d)測量誤差。光路偏差：各元件軸線不共線，引起條紋傾斜，使(\Deltax)測量偏大。濾光片帶寬：單色光并非理想單色，波長存在±5nm波動(dòng)范圍。（二）偶然誤差條紋定位：分劃板刻線與條紋中心對(duì)齊存在±0.01mm視覺誤差。距離測量：鋼卷尺拉伸形變導(dǎo)致(l)測量誤差（約±0.2cm）。環(huán)境干擾：實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)使條紋抖動(dòng)，讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生隨機(jī)偏差。（三）改進(jìn)措施采用"累積法"測量條紋間距（如測量5條間距取平均）。使用激光光源替代白熾燈，提高條紋清晰度。在光具座底部加裝減震墊，減少環(huán)境振動(dòng)影響。七、注意事項(xiàng)光學(xué)元件保護(hù)：拿取濾光片、雙縫時(shí)需手持邊緣，避免觸碰光學(xué)面。調(diào)節(jié)技巧：若條紋模糊，可微調(diào)單縫與雙縫平行度；若條紋亮度不均，需重新對(duì)準(zhǔn)光源中心。安全規(guī)范：光源工作時(shí)溫度較高，避免用手觸碰；實(shí)驗(yàn)完畢及時(shí)關(guān)閉電源。數(shù)據(jù)記錄：測量頭讀數(shù)時(shí)需消除視差，使分劃板刻線與條紋無視差重疊。環(huán)境控制：實(shí)驗(yàn)應(yīng)在暗室中進(jìn)行，避免雜散光干擾；測量時(shí)關(guān)閉手機(jī)等電磁設(shè)備。八、實(shí)驗(yàn)拓展雙縫間距影響：更換0.1mm雙縫，條紋間距增大為原來2倍，驗(yàn)證(\Deltax\propto1/d)關(guān)系。傳感器應(yīng)用：用光傳感器替代測量頭，通過計(jì)算機(jī)采集條紋光強(qiáng)分布曲線，得到更精確的(\Deltax)值。白光干涉研究：測量不同色光條紋寬度，繪制波長-條紋間距關(guān)系圖