用双缝干涉测量光的波长

高中物理选修3-4中一个非常重要的实验就是利用双缝干涉特点来测量光的波长。

下面我们从实验目的、实验步骤、实验器材、操作步骤等方面详细解析该实验。

1实验目的

（1）观测白光及单色光的双缝干涉图样

（2）测定单色光的波长λ

第一步为定性观察实验，第二步为定量测量实验。有的学校实验室不做定性观测实验，直接测量某种光的波长。

2实验原理

（1）光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到干涉条纹；如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。

（2）若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮条纹间d的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ 。

实验中d是已知的，测出l、Δx即可测出光的波长λ；

3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、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺

4实验装置

如图所示，将直径约为10cm、长约为1m的遮光筒平放在光具座上，筒的一端有双缝，另一端装上毛玻璃做光屏。

光屏其上有刻度，便于读取干涉条纹间距。

先取下双缝，打开光源，调节光源高度，使他发出的一束光恰好沿遮光筒的轴线照亮光屏。

然后，放好单缝和双缝，两屏相距5cm-10cm，使缝互相平行，且位于轴线上，这时可看到彩色干涉条纹（因为是白光）。

若在单缝屏和光源之间放置一块滤光片（把其他光过滤后为单色光了），则可以观察到单色光的干涉条纹。

图注释：咱们目前新版教材上用的是激光（较好的单色光）作为光源，那样可以去掉白炽灯和单缝了。

上图是原始版的图，利用滤光片过滤杂光，通过单缝后光相干度更好，便于后面的双缝干涉。当然，这也是实验常考的。

5实验步骤

（1） 调节双缝干涉仪，观察光的双缝干涉现象。

（2） 用单色光入射得到干涉条纹，测出n条亮条纹的距离a，得相邻条纹间的距离△x=a/n；

（3） 利用已知的双缝间距d，用刻度尺测出双缝到屏的距离l，根据物理公式l*λ=△x*d计算出波长λ；

（4） 换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离有什么变化，并求出相应的波长λ1、λ2……

6实验的注意事项

（1）调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮

（2）放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上

（3）调节测量头时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条条纹间的距离

（4）不要直接测Δx，要测几个条纹的间距通过求平均值来计算得到Δx，这样可减小误差。

（5）白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层。

同学们可以观测一下白光的干涉情况，并通过单色光的干涉来反思为什么白光的条纹与单色光不一样，进而更进一步了解光的波动性。