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雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀 型號(hào)：J2515

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是高中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。下面由我來(lái)給大家展示一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法。
           J2515型雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀是高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器。它與J2507型光具座和J1202型或J1202—1型學(xué)生電源配套使用，可以觀察白光和單色光通過(guò)雙縫所產(chǎn)生的干涉圖樣，并可測(cè)量單色光的波長(zhǎng)。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(lái)。

J2515型雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀性能穩(wěn)定、干涉條紋清晰，采用游標(biāo)讀數(shù)機(jī)構(gòu)，測(cè)量精度比較高，儀器的結(jié)構(gòu)比較合理，操作也簡(jiǎn)單，并可以在普通的明室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不需要暗室或半暗室。

二、主要技術(shù)指標(biāo)

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(guò)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(dāng)遮光管不加接長(zhǎng)管時(shí)，L1=600±2mm，當(dāng)遮光管加上接長(zhǎng)管后，L2=700±2mm。

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

5、測(cè)量頭滑塊的移動(dòng)范圍為0-20mm，游標(biāo)尺的最小讀數(shù)為0.02mm。

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

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

8、測(cè)定鈉光（589.3mm）波長(zhǎng)，相對(duì)誤差≤3%。

三、儀器結(jié)構(gòu)

J2515型以縫干涉實(shí)驗(yàn)儀的光路如圖1所示

圖1  J2515型雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)管        10、測(cè)量頭    11、游標(biāo)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(tái)儀器由光源及照前系統(tǒng)，雙縫座、觀察系統(tǒng)、測(cè)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(jī)構(gòu)，左右移動(dòng)撥桿，單縫可以繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)節(jié)單縫與雙縫平行。

2、雙縫管

雙縫座是一個(gè)圓形座。雙縫嵌在座中心的長(zhǎng)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(cè)量頭

測(cè)量頭包括目鏡、游標(biāo)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(biāo)尺中的游標(biāo)、分劃板都固定在滑塊上。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，滑塊在滑座內(nèi)左右移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)目鏡、游標(biāo)、分劃板移動(dòng)，在視場(chǎng)中可以看到分劃線與干涉條紋作相對(duì)移動(dòng)，移動(dòng)的距離可以從游標(biāo)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(zhǎng)管。單縫管、雙縫座、測(cè)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(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生要自己安裝調(diào)節(jié)儀器。其步驟如下：

1、把兩個(gè)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(dǎo)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(shí)，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(diǎn)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(kāi)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(dòng)撥桿，調(diào)節(jié)單縫與雙縫平行，直到看到最清晰的干涉條紋。

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

五、實(shí)驗(yàn)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(cè)量頭觀察時(shí)，游標(biāo)讀數(shù)調(diào)節(jié)在10mm左右）：在視場(chǎng)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(jí)亮條紋，其余各級(jí)亮條紋都是帶彩色的。彩色的排列以零級(jí)亮條紋中心左右對(duì)稱。在第一節(jié)亮條紋中，紅色在最外側(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(guò)d=0.205mm的雙縫時(shí)產(chǎn)生的干涉條紋照片。拍攝這張照片時(shí)，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(cè)量單色光的波長(zhǎng)

儀器安裝調(diào)節(jié)第5步結(jié)束，即可進(jìn)行測(cè)量，先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭上的手輪，把分劃線對(duì)準(zhǔn)靠近最左邊的一條干涉亮條紋或者暗條紋，并記下它在游標(biāo)尺上的讀數(shù)X1 ，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，把分劃線移向左邊，并對(duì)準(zhǔn)第n條（一般n可取7左右）干涉亮條紋或暗條紋，這時(shí)游標(biāo)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(cè)的光波波長(zhǎng)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(dāng)遮光管未加接長(zhǎng)管時(shí)，L=600mm，當(dāng)遮光管加上接長(zhǎng)管后L=700mm。

為了減少測(cè)量誤差，X1、Xn的讀數(shù)應(yīng)該重復(fù)測(cè)量幾次、計(jì)算時(shí)取平均值。另外，分劃線對(duì)準(zhǔn)干涉條紋時(shí)，應(yīng)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(shí)驗(yàn)舉例   測(cè)紅色濾色片的峰值波長(zhǎng)

實(shí)驗(yàn)條件   d=0,250mm，L=700mm，測(cè)量時(shí)n取7。

測(cè)量結(jié)束列在下表中

把測(cè)量結(jié)果代入（2）式，則可計(jì)算紅色濾色片的峰值波長(zhǎng)：

      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(zhǎng)為655±10mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之相吻合。

實(shí)驗(yàn)時(shí)還應(yīng)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(jìn)行測(cè)量。

假如目前還沒(méi)有J2507型光具座與J2515型雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀配合使用，可以自制二只木架來(lái)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(dòng)燈泡的位置，使毛玻璃屏得到均勻的照明，其余的方法與上面完全相同。

六、使用注間事項(xiàng)

1、本儀器中各個(gè)部件出廠時(shí)已經(jīng)嚴(yán)格調(diào)整檢查，不要隨便拆開(kāi)。

2、濾色片、雙縫及單縫如有灰塵及污點(diǎn)，應(yīng)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(dòng)，可以把它擰緊，但不要擰得過(guò)緊以免把玻璃片壓斷。

4、雙縫座、測(cè)量頭及接長(zhǎng)管安裝在遮光管上時(shí)要裝到底即定位階梯緊密接觸。否則會(huì)使L變大，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

5、儀器所附燈泡的燈絲，冷電阻比較小，在燈泡剛點(diǎn)亮的瞬間，電流比較大，如用J1202型或J1202-1型學(xué)生電源供電時(shí)，開(kāi)始電源電壓應(yīng)放在最低檔，然后逐檔升高至額定電壓。切不可一開(kāi)始就放在額定電壓檔，否則會(huì)把學(xué)生電源的次級(jí)保險(xiǎn)絲燒斷。

如果實(shí)驗(yàn)時(shí)干涉條紋的亮度已滿足實(shí)驗(yàn)要求，可以在低于額定電壓下做實(shí)驗(yàn)，以延長(zhǎng)燈泡的使用壽命。

6、儀器不使用時(shí)應(yīng)收存在儀器箱中，并存放在干燥通風(fēng)的地方。

J2515雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀配件