高中物理用双棱镜测定钠光的波长课外实验

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高中物理用双棱镜测定钠光的波长课外实验
　　仪器 　　双棱镜；钠光源；读数显微镜；焦距分别为50mm和150－200mm的凸透镜；大头针；有垂直狭缝的屏，狭缝宽度小于0．1mm，可用两块安全剃刀片制作。

      实验原理

      实验装置如图23／1所示。
       其中，S是放在透镜L的焦点上的钠光源，A是有狭缝的屏，B是双棱镜。

　　双棱镜的界面角接近180°，它产生一对很靠近的狭缝的虚像。将虚像视为虚光源，从虚像来的光相互干涉。干涉光带延长到无限远，但可以在显微镜的焦平面上观察到干涉条纹，办法是使显微镜与狭缝分居在双棱镜的两侧，而且正对。

　　如果用λ表示所用光波的波长，单位用m。

　　用D表示从狭缝A到显微镜的焦平面的距离，单位用m。

　　用d表示虚光源S₁和S₂之间的距离，单位用m。那么，干涉条纹的宽度──相邻亮条纹间的距离就可以表示为
        

       这样，为了获得一级干涉条纹带，D应尽可能大些，通常它至少为1m。
www.deyou8.com 　　实验步骤 　　用钠光源和短焦距的凸透镜照亮的狭缝作为单色光源。把安装在能调水平的底座上的双棱镜插入。如果没有合适的底座，可以使用分光镜的台座。狭缝和双棱镜面间的棱竖直安装，用眼睛沿水平方向观察狭缝的像并慢慢地把双棱镜调到与狭缝平行。如果调整得合适，眼睛移往一边过多时，两个像都将整个地突然消失。把读数显微镜放在离狭缝约1m处，使它沿着垂直于入射光线的平面水平地移动。应排除掉所有外来的光线──包括来自光源、而没有通过双棱镜的光线。缓慢地横向移动显微镜，直到视场中出现条纹为止。（不需聚焦──除非显微镜的焦点在十字叉丝上。）通常，用调双棱镜和调整S的位置的方法，可稍微改进条纹的亮度。 　　取得条纹上的观测数据之前，按下面介绍的方法测量d和D。 　　用显微镜来观察竖直地放置的大头针，使它看起来很清晰时，它恰好在显微镜的焦平面上。通过测量针到狭缝的距离，能够求出D。保持大头针和显微镜不动，把焦距较长（这个焦距必须小于D／4，为什么？）的透镜插入双棱镜和大头针之间，并调整透镜的位置，直到虚光源S₁和S₂的实像与大头针无视差为止。 　　如果放一块白屏在显微镜的焦平面的位置上，用显微镜找像前，像能够出现在屏上，实验就较容易进行。用显微镜测量这些像之间的距离d1，同时测量透镜与大头针的距离v和狭缝离开透镜的距离u。注意在测完条纹系统之前，应当保持其它仪器不动。然后，把显微镜聚焦在靠近条纹系统边缘的一条亮纹边线上，记录游标读数，取得一系列亮纹边线位置的读数。比如，每五条线读一次读数，以便获得条纹密度的可靠的平均值。

         数据处理

       记录D和d1的值，把关于条纹的观测数据和求得的条纹宽度Δx的平均值绘制成表。

　　按公式
       
        中，可以算出λ。

　　注释：如果用测微目镜代替显微镜观测读数，不但精度更高，而且更方便，因为测微目镜的焦平面就在可转动的叉丝平面上。

　　各元件的同轴等高调整好后，用贝塞尔法测得两次成像的像宽分别为d₁、d₂，凸透镜移动距离为D，则有
       
       这样得到的d和D较上述方法有较高的精确度。