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浅谈改进双缝干涉测波长实验方法
摘要：教版教材中的实验仪器相当复杂，调节很困难，测量精确度不高，阻碍了学生对光的干涉的理解，通过对传统装置进行改进，利用激光作为光源，弥补了传统实验的不足。使用该双缝干涉装置可以对相邻亮条纹的间距Δx与光波波长λ、双缝间距d、光源到屏的距离L之间的关系进行探究，还能够演示泊松亮斑，演示单缝衍射，并在光屏上可以方便地观察到各种形状小孔的衍射图样。
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1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，证明了光的波动性，杨氏干涉实验是光学发展史上具有里程碑意义的实验之一，被誉为“十大最美物理实验”之一，也是高中学生必做的实验，是学生了解光的干涉现象、掌握光的波动特性的重要实验。但是人教版教材中的实验仪器相当复杂，调节很困难，测量精确度不高，阻碍了学生对光的干涉的理解。本文对该实验装置进行了改进，利用改进后的装置对光的波动性进行一些有益的探究。
1、原实验存在的不足
图1为人教版教材中光的双缝干涉实验仪器，该实验在操作中存在如下一些不足：
图1教材中的双缝干涉装置
1）实验仪器复杂，有10多个部件组成；操作与调试繁琐，各个部件要调成水平共轴、单缝和双缝要相互平行，学生很可能经过较长时间调试也难以观察到干涉条纹。
2）实验中光源发出的光先经滤光片成为单色光，再照亮单缝，然后照亮双缝，最后在光屏上出现干涉条纹，所以条纹亮度很低，需要在较暗的环境中观察条纹（要在遮光筒中进行观测），现象不直观明显。
3）实验需要通过测微目镜测量条纹宽度，测量时，测量者需要眼睛紧贴测微目镜才能观察到干涉条纹，容易因视力疲劳引起较大的测量误差。所以，即使学生很认真、细心地做该实验，也可能观察不到干涉条纹或测量波长误差很大（超过10%），挫伤学生的积极性。
2、对原实验装置的改进
为了克服传统实验的不足，设计了双缝干涉装置，采用红绿激笔直接照射双缝展示双缝干涉现象，实验现象明显，观测方便，测量精度高。
2.1 实验器材
改进后的双缝干涉装置如图2所示。采用的器材为：功率较大的激光笔（型号为Laser303）2只（红光与绿光），双缝片3个（双缝间距分别为：0.08mm，0.20mm，0.25mm），光具座（长度1m），自制带测量头（10分度的游标卡尺）的光屏挡光片。
图2改进后的双缝干涉装置
2.2 各部件的制作过程
1）激光笔支架。如图3（a）所示，固定片用金属薄片制成，底端用螺母与金属杆（与光具座配套）相连。
2）双缝组件。取3个光学实验中常用的小透镜，取下上面的小镜片，用砂纸或刀片仔细打磨透镜的内边框，使透镜边框的内径与双缝片的外径相匹配，然后用胶水粘合两者，如图3（b）所示，最后安装光具座配套的金属杆。
图3各部分组件的制作
3）挡光片。取实验室现成的塑料光屏，用刀片切掉上半部分，并用砂纸把切口打磨平整，再安装上金属杆，如图3（c）所示。挡光片的作用是用来挡住照射在游标尺上的激光，使观测者容易把游标零刻线对准某一亮纹中央。
4）带有测量头的光屏。取原实验装置中废旧的测量头（游标卡尺型的），拆除划板、目镜、手轮等，只保留小型的“游标卡尺”，如图4所示，再取废旧的10分度的游标卡尺，将10分度的游标图4带有测量头的光屏（19mm分成10格）与测量头上的50分度游标对换。最后用白色硬纸片做7cm×6cm的光屏，并用双面胶粘在测量头上方，最后安装上金属杆。
3、改进后的装置实验功能展示
将装有激光笔的支架安装在光具座上最左边的固定插孔内，将带测量头的光屏安装在光具座最右边的可移动的滑座上，在光具座最左边的可移动滑座上安装双缝，在光屏与双缝间滑座上安装挡光片，如图2所示。打开激光笔开关，调节各个部件的高度，使激光、双缝、光屏的中心在同一水平高度，即让激光束通过双缝片中心到达光屏中央。
3.1 观察双缝干涉现象
调节激光笔前端的聚焦旋钮，使激光由光点变成小光斑，直接照射两缝，光屏上立即呈现明暗相间的干涉条纹，用肉眼直接观察，现象直观明显，如图5所示。
图5双缝干涉图样
3.2 定性探究相邻亮条纹的间距Δx与光波波长λ、双缝间距d、光源到屏的距离L间的关系
放上红色激光笔，双缝间距d＝0.08mm，左右移动光屏的滑座，改变双缝到屏的距离L，可以明显观察到相邻亮条纹的间距Δx随着光源到屏幕的距离变大而变大。放上红色激光笔，保持光屏位置、双缝位置不变，只更换双缝间距d，可以明显观察到相邻亮条纹的间距Δx随缝宽d变窄而变大。保持光屏和双缝位置不变，双缝间距d＝0.08mm。把红光换成绿光（即波长变小），可以明显观察到相邻亮条纹的间距Δx随着波长变小而变小。
3.3 方便准确地测量红光与绿光的波长
在自制的光屏上直接用测量头（游标卡尺）可方便地测出狀条亮条纹间的距离犪，从而求出相邻2条亮条纹间的距离。图6为测量图片。在光具座上读出双缝到光屏的距离L，根据Δx＝Lλ算出波长，数据如表1所示，经计算得珔λ红＝650.17nm，珔λ绿＝53.04nm，误差均在5%之内。
图6游标卡尺测条纹间距
表1测波长实验数据
3.4 定量探究相邻亮条纹的间距Δx与光波波长λ、双缝间距d、双缝到屏的距离L间的关系
双缝间距d可取0.08，0.20，0.25mm，激光波长可取绿光λ＝532nm和红光λ＝650nm，L（双缝到屏的距离）可取到400～800mm的5组数据，Δx（相邻亮条纹的间距）可以在测量头上测出。测量数据如表2所示，根据控制变量法并利用Excel探究各个物理量之间的关系，如图7～9所示。
表2定量探究关系实验数据
图7当d＝0.08mm，Δx与L的关系;图8当d＝0.08mm，Δx与λ的关系
由表2及图7～9，可以发现：在误差允许的范围内，当波长λ和双缝间距d不变时，相邻亮条纹的间距Δx与双缝到屏的距离L成正比；当λ和L不变时，Δx与d成反比；当L和d不变时，Δx与λ成正比，验证了Δx＝kLdλ。
图9当L＝800。0mm，Δx与d－1的关系
4、实验功能拓展
4.1 演示泊松亮斑
打开激光笔开关，调节激光笔前端的聚焦旋钮，使激光由小光点变成较大光斑，再把4个磁性小钢球（直径依次为3，4，5，6mm）竖直叠放在金属杆的顶端，如图10（a）所示，安装在光屏与激光笔当中的滑座上，适当调节激光光斑大小和小钢球位置，在光屏上的黑色圆斑中央出现清晰明亮的点———泊松亮斑，同时也可以上下移动金属杆，使不同的直径的小球依次能观察到泊松亮斑，如图10（b）所示。实现短距离、高清晰的泊松亮斑衍射图样。
图10泊松亮斑演示
4.2 演示单缝衍射
可演示不同缝宽的单缝衍射图样，也可演示不同波长对同一单缝的衍射图样。如图11所示。图11单缝衍射现象
4.3 小孔衍射演示
在光屏上可以方便地观察到各种形状小孔的衍射图样，如图12所示。
图12小孔衍射现象
参考文献：
[1]课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书,物理(选修3-4)[M].3版.北京:人民教育出版,2010:54-58.
[2]彭小兰,王红成,刘敏霞.杨氏双缝干涉实验的改进[J].广东技术师范学院学报(自然科学),2012(2):6-9.
[3]林行展,金邦建.双缝干涉实验及教学的改进[J].林区教学,2015(6):91-92.
[4]刘燕,耿书娟,周岚.双缝衍射现象的实验研究[J].物理实验,2008,28(4):31-33.
[5]马书炳,张辉,单会会.双缝干涉和衍射计算机数值模拟与演示[J].物理实验,2017,37(增):910,13.
[6]韩长明.简易双缝干涉法测定光的波长[J].物理实验,1981,1(2):76-77.
[7]李洪治.双缝干涉实验的一些数学讨论[J].物理实验,1987,7(6):255-259.
刘银奎.双缝干涉测波长实验的改进[J].物理实验,2019,39(6):55-58.
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期刊名称：物理实验
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主管单位：中华人民共和国教育部
主办单位：东北师范大学
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专业分类：科学
国际刊号：1005-4642
国内刊号：22-1144/O4
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创刊时间：1980年
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