用双缝干涉仪改进光的衍射实验，本文主要内容关键词为：干涉仪论文,用双缝论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《高中物理》第三册试验修订本·必修加选修封面1图2（2001年12月第二版·人教版）中给出了白光、红光、蓝光的干涉和衍射条纹比较图样，对于理解干涉和衍射条纹的图样特征起到了重要作用，使学生明白了干涉和衍射条纹各自的特点，能根据条纹图样的特征看出哪个条纹图样是双缝干涉产生的，哪个条纹图样是单缝衍射产生的。但由于教材设置观察光的衍射现象是用游标卡尺来观察的，在实际实验教学中无法再现课本第三册封面1图2中所给出的衍射条纹图样。为了让学生能在实验中再现课本的干涉和衍射条纹，我们利用学校已配备的山东师范大学仪器厂生产的两套双缝干涉实验仪中的配件，通过重新设计、反复试验、改进，制作了下面介绍的这套光的衍射实验仪器。 一、实验仪器 1.仪器光路图（如图1所示）
2.仪器外形（如图2所示）
3.仪器主要部件 （1）光源：12V（15W～24W）单丝灯泡1只，插杆由光具座配件提供。 （2）单缝座：2只。 （3）遮光筒：用光源筒接上加长管。 （4）观察系统：包括目镜、滑块、分划板。观察时转动手轮，可使滑块上的分划板与衍射条纹作相对运动，以调整视野。 4.主要附件技术指标 （1）单缝：2块，狭缝宽度为0.10±0.01mm。 （2）遮光筒：1根，用光源筒加接加长管组成，长约L=200±5mm。
（4）分划板：1块（三条竖线，一条横线）。 （5）观察镜滑块的移动范围为0mm～20mm。 （6）目镜：1块，用于放大条纹视野。 二、实验原理 光具有波动性。用平行光照射狭缝，当缝比较宽时，我们只能观察到光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮线。但当缝很窄时，尽管亮线的亮度有所降低，但是我们观察到的亮线宽度反而增大了。这表明，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到相当宽的地方。这就是光的衍射现象。相对来说狭缝越窄，其衍射现象越明显。在这套仪器中，由光源发出的光线，经第一个单缝后形成平行光，再经过第二个单缝时发生明显的衍射现象，在光屏上形成明暗相间的衍射条纹，以中央亮线为最宽。因为光较弱，所以仍需使用遮光筒，且遮光筒长度应在约200mm左右时，看到衍射效果最好。 三、仪器安装 （1）从两套干涉仪中取两个光源筒和一个加长管，去掉其中一个光源筒上灯座和灯泡，保留单缝，接上加长管，用作衍射的遮光筒。 （2）把光源筒和遮光筒按上插杆及支架，然后将其等高地固定在光具座的滑块上，使它们的轴线与光具座的导轨平行。把遮光筒上带单缝座的一端正对光源筒上的单缝，并使两单缝平行且二者与水平面垂直，两单缝间的距离约为100mm左右。 （3）接通光源的电源，调整光路，使从加长筒的中心处能看到从第二单缝透射出的光线。然后，在遮光筒的另一端装上观察系统，这时即可从目镜中看到白光清晰的衍射条纹和分划板。 （4）在观察单色光的衍射时，只需在第二单缝前面套上滤色片，调整目镜，即可在视场中同时清晰地看到分划板的交叉刻线和红黑（或绿黑）的衍射条纹，然后调节分划板的垂直方向的叉丝刻线与衍射条纹平行，固定好观察系统后即可进行观察了。 四、实验观察 1.观察白光衍射现象 仪器安装调整完毕，即可从观察镜中观察到白光的衍射现象。在视场中可以观察到彩色的衍射条纹，中央一条白色亮纹称为零级衍射条纹，条纹最宽。彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中红色在最外侧。从第一级开始向外，亮条纹逐级变窄。 2.观察单色光的衍射现象 看到白光衍射后，在第二个单缝前套上红色或绿色滤色片，即可观察到红黑或绿黑相间的衍射条纹，且红光的中央亮条纹比绿光的中央亮条纹宽，明条纹中以中央亮条纹为最亮，从第一级开始向外，亮条纹宽度逐级迅速减小，越向外亮条纹越不明显。 3.干涉和衍射条纹特征的比较 另外再安装一台双缝干涉仪，调整仪器使之从目镜中能观察到干涉条纹。这时可再现课本中的干涉和衍射条纹，学生通过对比观察，确信实验结果的正确性，让学生获得一定的感性认识，加深对波动理论的理解。 五、推广价值 实践证明，这套仪器行之有效，具备了可操作性、可控制性、可重复性。在近三年的物理实验教学中，都利用这套仪器给学生演示光的衍射实验。它是我们充分利用实验室的现有仪器设备进行实验的范例。它能使学生加深对于涉和衍射条纹特征的理解，有利于帮助学生理解光同所有波一样具有波动性。该实验适合学生操作，既能培养学生的动手能力，又能使学生的心理素质得到锻炼。特别是在调整仪器过程中，能磨炼学生的耐性和一丝不苟的科学态度。因该实验可视性强，又易成功，既可给学生以成功感，又能培养学生学习物理的兴趣，所以在要求落实素质教育、全面发展的今天，尤为重要。本来光学部分可以让学生自己动手做的实验就不多，而且可视性、可操作性较低。光学实验大多对仪器技术要求特别高，实验过程对外界环境要求较高。这套改进仪器由于设置有遮光筒，基本不受外界光线的影响，不必在暗室里就可以获得理想的实验效果，有极高的推广价值。 这套仪器选用两套双缝干涉仪中的附件，通过自行设计、重组，既可做光的干涉实验（出厂用途），又可做光的衍射实验。若能配上偏振片还可做光的偏振实验。若有条件与摄像头结合，可将观察视场转映到电视屏幕上，供全体学生同时观察，以达到展示实验教学的全过程，提高实验效果。建议生产厂家能为已配备双缝干涉仪的学校，再补充配上几个不同单缝和偏振片，使这一仪器得到充分利用，使本来就缺乏资金的学校，能做更多的实验，更好地落实省教委对普及实验县的要求。
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