雙縫干涉實驗儀

型號：LDX-J2515

雙縫干涉實驗是高中的一個重要實驗。下面由我來給大家展示一下這個實驗的實驗方法。
J2515型雙縫干涉實驗儀是高中物理學生實驗儀器。它與J2507型光具座和J1202型或J1202—1型學生電源配套使用，可以觀察白光和單色光通過雙縫所產(chǎn)生的干涉圖樣，并可測量單色光的波長。如配上合適的單縫或多縫，可以觀察單縫衍射和多縫衍射現(xiàn)象。如配上照相暗盒，還能把觀察到的干涉、衍射現(xiàn)象拍攝下來。

J2515型雙縫干涉實驗儀性能穩(wěn)定、干涉條紋清晰，采用游標讀數(shù)機構(gòu)，測量精度比較高，儀器的結(jié)構(gòu)比較合理，操作也簡單，并可以在普通的明室內(nèi)進行實驗，不需要暗室或半暗室。

二、主要技術(shù)指標

1、雙縫采用真空鍍鉻工藝刻制在玻璃片上，雙縫中心距d:一塊為0.250±0.003mm，另一塊為0.200±0.003mm。

2、單色光通過雙縫所產(chǎn)生的干涉亮條紋（或暗條紋）不少于7條。

3、雙縫至光屏（即分劃板）之間的距離：當遮光管不加接長管時，L1=600±2mm，當遮光管加上接長管后，L2=700±2mm。

4、濾色片為光學玻璃片，厚度為2mm。紅色濾色片的峰值波長為655±10nm；綠色濾色片的峰值波長為535±10nm。

5、測量頭滑塊的移動范圍為0-20mm，游標尺的Z小讀數(shù)為0.02mm。

6、光源用12V，功率為15—24W單絲燈泡或點光源燈泡。由J1202型或J1202—1型學生電源供電。

7、白光干涉零級亮條紋的中心與光軸的偏離；當L1=600mm時不大于2mm，當L2=700mm時不大于3mm。

8、測定鈉光（589.3mm）波長，相對誤差≤3%。

三、儀器結(jié)構(gòu)

J2515型以縫干涉實驗儀的光路如圖1所示

圖1 J2515型雙縫干涉實驗儀光路圖

1、燈泡 2、照明透鏡 3、遮光板

4、濾色片 5、單狹縫 6、雙縫 7、光屏

8、目鏡 9、出射光瞳

圖2 J2515型雙縫干涉實驗儀

1、燈泡 2、照明透鏡 3、遮光板 4、濾色片及片座

5、單狹縫及縫座 6、單縫管 7、拔桿 8、遮光管

9、接長管 10、測量頭 11、游標尺 12、滑塊

13、手輪 14、目鏡 15、半圓形支架環(huán) 16、J2507光具座

整臺儀器由光源及照前系統(tǒng)，雙縫座、觀察系統(tǒng)、測量頭及遮光管等主要部件組裝而成，儀器的外形如圖2所示。

各部件的主要結(jié)構(gòu)如下：

1、光源及照明系統(tǒng)

包括燈泡，照明透鏡、濾色片、單狹縫，照明透鏡用J2507型光具座中f=50mm的雙凸透鏡，本儀器中不再另附。單狹縫是用真空鍍鉻工藝刻制在玻璃片上的，單縫按裝在單縫管的前端，單縫管上有撥桿調(diào)節(jié)機構(gòu)，左右移動撥桿，單縫可以繞光軸轉(zhuǎn)動以調(diào)節(jié)單縫與雙縫平行。

2、雙縫管

雙縫座是一個圓形座。雙縫嵌在座中心的長方形槽孔里，雙縫中心位于座的軸線上。

3、觀察系統(tǒng)

由毛玻璃屏（即光屏）和目鏡組成。在毛玻璃屏上的干涉條紋可以用眼睛直接觀察或用目鏡放大觀察。

4、測量頭

測量頭包括目鏡、游標尺、分劃板、滑塊、手輪等。目鏡可以前后調(diào)焦，分劃板上刻有分劃線。分劃線的形狀如圖3所示。目鏡，游標尺中的游標、分劃板都固定在滑塊上。轉(zhuǎn)動手輪，滑塊在滑座內(nèi)左右移動，同時帶動目鏡、游標、分劃板移動，在視場中可以看到分劃線與干涉條紋作相對移動，移動的距離可以從游標尺上讀出。

5、遮光管

遮光管是一根鋼管，另外附有一根膠木的接長管。單縫管、雙縫座、測量頭等都安裝在遮光管上，遮光管的軸線為干涉儀的光軸。

四、儀器安裝調(diào)節(jié)

由于本儀器是由各部件組裝而成的，實驗時，學生要自己安裝調(diào)節(jié)儀器。其步驟如下：

1、把兩個半園形支架環(huán)等高地固定在J2507型光具座的滑塊上。遮光管架在支架環(huán)上，并使它的軸線與光具座的導軌基本平行。

2、在遮光管的一端裝上雙縫座，雙縫基本上與水平面垂直。再在雙縫的外面套上單縫管，雙縫座固定螺釘嵌在單縫管的定位槽孔里，這時，單、雙縫基本平行。

3、在單縫前端的光具座滑塊上裝上照明透鏡及燈泡（燈泡燈絲與單縫之間的距離大約為25cm ）。點亮燈泡，用兩次成像法調(diào)節(jié)光源、透鏡、單縫中心共軸。然后把透鏡固定在離開燈絲5cm的地方。

4、遮光管的另一端裝上觀察系統(tǒng)，慢慢地左右移動撥桿，調(diào)節(jié)單縫與雙縫平行，直到看到Z清晰的干涉條紋。

5、測量單色光波長時，要卸下觀察系統(tǒng)，換上測量頭，在單縫前面加上濾色片。先調(diào)節(jié)目鏡， 在視場能同時清晰地看到分劃線和干涉條紋，然后繞光軸轉(zhuǎn)到測量頭，使三根垂直方向的分劃線與干涉條紋平行，固定好測量頭后即可進行觀察或測量。

五、實驗方法

1、觀察白光干涉現(xiàn)象

用白熾燈泡作光源，儀器安裝調(diào)節(jié)第4步或第5步完畢，即可看到白光干涉現(xiàn)象（若用測量頭觀察時，游標讀數(shù)調(diào)節(jié)在10mm左右）：在視場中可以看到彩色的干涉條紋，其中央為一條白色亮條紋，稱為零級亮條紋，其余各級亮條紋都是帶彩色的。彩色的排列以零級亮條紋中心左右對稱。在*節(jié)亮條紋中，紅色在Z外側(cè)。

2、觀察單色光干涉現(xiàn)象

看到白光干涉條紋后，在單縫前面加上紅色或綠色濾色片即可看到紅黑相間或綠黑相間的干涉條紋。圖4（a）是紅色光通過d=0.205mm的雙縫時產(chǎn)生的干涉條紋照片。拍攝這張照片時，照相底片至雙縫的距離L=700mm。圖4（d）是在同一條件下得到的綠色光的干涉條紋的照片。

圖4 干涉條紋照片

3、測量單色光的波長

儀器安裝調(diào)節(jié)第5步結(jié)束，即可進行測量，先轉(zhuǎn)動測量頭上的手輪，把分劃線對準靠近Z左邊的一條干涉亮條紋或者暗條紋，并記下它在游標尺上的讀數(shù)X1 ，然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線移向左邊，并對準第n條（一般n可取7左右）干涉亮條紋或暗條紋，這時游標尺的讀數(shù)為Xn，如圖5。則相鄰兩條亮條紋或暗條紋之間的距離為：

Xn-X1

△X=———— (1)

n-1

d.△X d Xn-X1

待測的光波波長為：X=————= ——.———— （2）

L L n-1

式中d為雙縫中心距離，其數(shù)值刻在雙縫座上，一塊為0.25mm，另一塊為0.200mm。L為雙縫至光屏（即分劃板）之間的距離，當遮光管未加接長管時，L=600mm，當遮光管加上接長管后L=700mm。

為了減少測量誤差，X1、Xn的讀數(shù)應該重復測量幾次、計算時取平均值。另外，分劃線對準干涉條紋時，應把干涉條紋嵌在其中兩根分劃線之間。如果干涉條紋較寬，可按圖6（a）的方法嵌入，如干涉條紋比較窄，可按圖6（b）的方法嵌人。

實驗舉例 測紅色濾色片的峰值波長

實驗條件 d=0,250mm，L=700mm，測量時n取7。

測量結(jié)束列在下表中

把測量結(jié)果代入（2）式，則可計算紅色濾色片的峰值波長：

X7-X1 d

入紅=——— . ——

7-1 L

14.76-3.80 0.250

=——————. ————=6524×10-7（毫米）

7-1 700

=652.4mm

（儀器所附的紅色濾色片的峰直波長為655±10mm，實驗結(jié)果與之相吻合。

實驗時還應依次改變雙縫中心距d，改變雙縫至光屏之間的距離L以及更換濾色片，并重新進行測量。

假如目前還沒有J2507型光具座與J2515型雙縫干涉實驗儀配合使用，可以自制二只木架來代替光具及半園形支架環(huán)、木架的形狀如

圖7所示。遮光管擱在木架上。燈泡用A字鐵架夾持，不用照明透鏡，燈泡燈絲在單縫前5厘米處真接照亮單狹縫。上下或左右移動燈泡的位置，使毛玻璃屏得到均勻的照明，其余的方法與上面*相同。

六、使用注間事項

1、本儀器中各個部件出廠時已經(jīng)嚴格調(diào)整檢查，不要隨便拆開。

2、濾色片、雙縫及單縫如有灰塵及污點，應用擦鏡紙或干凈的軟布輕輕揩擦。

3、濾色片、單縫及雙縫上的壓片螺釘如有松動，可以把它擰緊，但不要擰得過緊以免把玻璃片壓斷。

4、雙縫座、測量頭及接長管安裝在遮光管上時要裝到底即定位階梯緊密接觸。否則會使L變大，影響實驗結(jié)果。

5、儀器所附燈泡的燈絲，冷電阻比較小，在燈泡剛點亮的瞬間，電流比較大，如用J1202型或J1202-1型學生電源供電時，開始電源電壓應放在Z低檔，然后逐檔升高至額定電壓。切不可一開始就放在額定電壓檔，否則會把學生電源的次級保險絲燒斷。

如果實驗時干涉條紋的亮度已滿足實驗要求，可以在低于額定電壓下做實驗，以延長燈泡的使用壽命。

6、儀器不使用時應收存在儀器箱中，并存放在干燥通風的地方。

J2515雙縫干涉實驗儀

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