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用双缝干涉测光的波长实验的方法在中学物理教材上没有详细的介绍,具体的实施主要依靠教师的把握。没有具体的研究,这个实验对教师来说难度也是很大的,因此,学生做这个实验的成功率并不高。
双缝干涉测光的波长这个实验成败的关键,我认为是调共轴。通常我们调共轴基本是二次成像法,即:先把透镜移近单缝,直到在单缝面上见到缩小的像,若此像不在单缝中心,则上下移动或左右旋转透镜。然后把透镜移近灯泡,直到在单缝面上形成一放大的像,若此像不在中心,则上下调节灯泡。反复调节几次,使放大的像及缩小的像均成在单缝中心。最后把透镜放在离灯丝5cm的地方。我认为这种方法不可取。一、繁琐,反复调节透镜使像成在缝中心,这是很难调的,大学生用这种方法做这个实验,两个小时很多学生做不出来,何况中学生45分钟做这实验。二、不科学,只调节透镜,使光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒共轴不太严谨。三、没适应性,理论来说灯泡到透镜距离应该是一个焦距。但是,一条生产线生产出来的透镜不一定都是5cm,而我们透镜都放在5cm位置上不太牵强了吗?要是一个透镜坏了整套仪器都用不成了呢?况且根据我的观察,透镜并不是在一个焦距上效果最好,而是大于一个焦距,无限靠近一个焦距时候最好。四、不确定性,我们说这个放大的和缩小的像具体是灯泡的像还是灯丝的像呢?如果是灯泡的像的话,这个很难调,至少我还没有观察到,如果是灯丝的像,那么灯丝缩小的像比单缝前面的缝还小,我们这么观察它在单缝上面呢?
这个实验我认为要做到“心知肚明”。“心”是仪器的中心,也就是我们这个实验的轴,“心直”就是轴在一条直线上,“肚明”就是光源、透镜、遮光筒共轴的时候,整个遮光筒是亮堂的。怎么做呢?
1. 把两个支架放到光具座最后面的两个滑块上,调到相同高度。放上遮光筒,使遮光筒与光具座平行。连接小灯泡到学生电源,电源电压调到2V,打开电源开关,小灯泡发出微弱的光。
2. 通过遮光筒观察小灯泡的灯丝,上下移动和左右旋转使灯丝出现在遮光筒中央位置,固定小灯泡高度。
3. 放上照明透镜,上下移动照明透镜,直到灯丝再次出现在遮光筒中央位置。前后移动照明透镜的滑块,如果灯丝偏离中央位置,那么继续调节照明透镜高度,直到灯丝不偏离中央位置,只在中央放大或缩小,固定照明透镜高度。
4. 照明透镜滑块向光源方向移动,直到观察到最大最清晰的灯丝,固定照明透镜滑块位置。
5. 装上双缝、单缝,单双缝平行,单缝距离光源约25cm。
6. 电源电压调到12V,装上测量头,观察白光干涉条纹。
7. 装上滤色片,测量单色光的波长。
8. 电源电压调到最小,关闭电源,整理仪器,处理实验数据。
这个方法的优点是:1. 是否共轴,可以直接观测,科学、直观。2. 按照这种方法操作,从调共轴到观察白光干涉条纹不到5分钟,更简单,成功率更高。3. 纠正学生拼凑实验的习惯。学生做实验经常把仪器全部组装上去之后,拼实验数据,拼实验现象,而忽视了实验原理和实验目的。
最后我还想补充一些实验的细节。1. 小灯泡的灯丝与单缝所在平面平行,与单缝垂直。2. 调节干涉条纹亮度除了可以调节电源电压,还可以微调照明透镜到光源的距离。3. 调共轴时电源电电压不能调高,否则灼伤眼睛。4. 电源过载要把电源调到最小,关闭再打开,缓慢调回去。5. 观察到干涉条纹不太清晰,可以装上拨杆,左右轻轻拨动拨杆,直到观察到清晰的干涉条纹,取下拨杆。
双缝干涉测光的波长这个实验成败的关键,我认为是调共轴。通常我们调共轴基本是二次成像法,即:先把透镜移近单缝,直到在单缝面上见到缩小的像,若此像不在单缝中心,则上下移动或左右旋转透镜。然后把透镜移近灯泡,直到在单缝面上形成一放大的像,若此像不在中心,则上下调节灯泡。反复调节几次,使放大的像及缩小的像均成在单缝中心。最后把透镜放在离灯丝5cm的地方。我认为这种方法不可取。一、繁琐,反复调节透镜使像成在缝中心,这是很难调的,大学生用这种方法做这个实验,两个小时很多学生做不出来,何况中学生45分钟做这实验。二、不科学,只调节透镜,使光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒共轴不太严谨。三、没适应性,理论来说灯泡到透镜距离应该是一个焦距。但是,一条生产线生产出来的透镜不一定都是5cm,而我们透镜都放在5cm位置上不太牵强了吗?要是一个透镜坏了整套仪器都用不成了呢?况且根据我的观察,透镜并不是在一个焦距上效果最好,而是大于一个焦距,无限靠近一个焦距时候最好。四、不确定性,我们说这个放大的和缩小的像具体是灯泡的像还是灯丝的像呢?如果是灯泡的像的话,这个很难调,至少我还没有观察到,如果是灯丝的像,那么灯丝缩小的像比单缝前面的缝还小,我们这么观察它在单缝上面呢?
这个实验我认为要做到“心知肚明”。“心”是仪器的中心,也就是我们这个实验的轴,“心直”就是轴在一条直线上,“肚明”就是光源、透镜、遮光筒共轴的时候,整个遮光筒是亮堂的。怎么做呢?
1. 把两个支架放到光具座最后面的两个滑块上,调到相同高度。放上遮光筒,使遮光筒与光具座平行。连接小灯泡到学生电源,电源电压调到2V,打开电源开关,小灯泡发出微弱的光。
2. 通过遮光筒观察小灯泡的灯丝,上下移动和左右旋转使灯丝出现在遮光筒中央位置,固定小灯泡高度。
3. 放上照明透镜,上下移动照明透镜,直到灯丝再次出现在遮光筒中央位置。前后移动照明透镜的滑块,如果灯丝偏离中央位置,那么继续调节照明透镜高度,直到灯丝不偏离中央位置,只在中央放大或缩小,固定照明透镜高度。
4. 照明透镜滑块向光源方向移动,直到观察到最大最清晰的灯丝,固定照明透镜滑块位置。
5. 装上双缝、单缝,单双缝平行,单缝距离光源约25cm。
6. 电源电压调到12V,装上测量头,观察白光干涉条纹。
7. 装上滤色片,测量单色光的波长。
8. 电源电压调到最小,关闭电源,整理仪器,处理实验数据。
这个方法的优点是:1. 是否共轴,可以直接观测,科学、直观。2. 按照这种方法操作,从调共轴到观察白光干涉条纹不到5分钟,更简单,成功率更高。3. 纠正学生拼凑实验的习惯。学生做实验经常把仪器全部组装上去之后,拼实验数据,拼实验现象,而忽视了实验原理和实验目的。
最后我还想补充一些实验的细节。1. 小灯泡的灯丝与单缝所在平面平行,与单缝垂直。2. 调节干涉条纹亮度除了可以调节电源电压,还可以微调照明透镜到光源的距离。3. 调共轴时电源电电压不能调高,否则灼伤眼睛。4. 电源过载要把电源调到最小,关闭再打开,缓慢调回去。5. 观察到干涉条纹不太清晰,可以装上拨杆,左右轻轻拨动拨杆,直到观察到清晰的干涉条纹,取下拨杆。