测光波波长的三种方法(原理,图解)
物理实验中波长测量的原理与方法
物理实验中波长测量的原理与方法引言：在物理学中，波长是研究波动现象的重要参数之一。
而波长的准确测量是各种实验中的关键步骤。
本文将介绍波长测量的原理和一些常用的测量方法。
一、波长的定义和背景知识波长是指波动现象中相邻两个相位相等的点之间的距离。
在物理学中，波长通常用symbol "λ"表示，单位是米（m）。
波长的概念与波动现象密切相关。
无论是光波、声波还是水波，都是通过介质传播的波动现象。
而波长的测量可以帮助我们了解波的性质和传播方式。
二、光波波长的测量原理和方法光波是最常见的波形，其波长的测量方法有多种。
其中较为常用的方法有两种：干涉法和衍射法。
1. 干涉法干涉法是通过光的干涉现象来确定波长。
常见的干涉法有薄膜干涉、杨氏双缝干涉等。
以杨氏双缝干涉实验为例，通过利用波的叠加和干涉现象，测量光波的波长。
杨氏双缝干涉实验中，将一束光通过两个相邻的小缝，并在屏幕上形成干涉条纹。
通过测量屏幕上相邻两条条纹之间的距离，并结合实验装置的几何参数，可以计算出光波的波长。
2. 衍射法衍射法是利用光波通过物体边缘或小孔时的衍射现象来测量波长。
常见的衍射法有单缝衍射、双缝衍射等。
以双缝衍射实验为例，通过让光波通过两个狭缝，在屏幕上形成明暗的交替条纹。
通过测量屏幕上相邻暗条纹的距离，并结合实验装置的几何参数，可以计算出光波的波长。
三、声波波长的测量原理和方法声波是另一种常见的波形，其波长的测量方法也有多种。
其中，可以通过共振管实验、干涉实验和衍射实验等方法进行测量。
1. 共振管实验共振管实验是通过改变管内气柱的长度，使得管内共鸣的声波波长等于管的长度。
通过测量共振管的长度，并结合声速的测量，可以计算出声波的波长。
2. 干涉实验和衍射实验声波的干涉实验和衍射实验与光波的实验原理类似，通过观察声波的干涉和衍射现象，可以推导出声波的波长。
干涉实验通常使用声波发生器和麦克风，将两个声波源设置在合适的位置，并调整频率和相位差，使得在一定距离处形成明暗相间的干涉条纹。
高考物理实验-用双缝干涉测光的波长
用双缝干涉测光的波长知识元用双缝干涉测光的波长知识讲解一、实验目的观察干涉图样，测定光的波长．二、实验原理双缝干涉中相邻两条明（暗）条纹间的距离△x与波长λ、双缝间距离d及双缝到屏的距离L 满足△x=λ．因此，只要测出△x、d和L，即可求出波长λ．三、实验器材双缝干涉仪（包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头）、刻度尺．四、实验步骤1．观察双缝干涉图样①将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．④安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距5～10cm．⑤观察白光的干涉条纹．⑥在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．2．测定单色光的波长（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．（2）使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动，记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之差即n条亮纹的间距．（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离l（d是已知的）．（4）重复测量、计算，求出波长的平均值．（5）换用不同滤光片，重复实验测量其他单色光的波长．五、注意事项1．安装器材时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直．2．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．3．调节的基本依据是：照在屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头、遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰的主要原因是单缝与双缝不平行．4．光波波长很短，△x、l的测量对波长λ的影响很大，l用毫米刻度尺测量，△x利用测量头测量．可测多条亮纹间距再求△x，采用多次测量求λ的平均值法，可减小误差．例题精讲用双缝干涉测光的波长例1.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将所用器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。
用双棱镜干涉测光波波长(2)-图文
用双棱镜干涉测光波波长(2)-图文【实验目的】1．掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解．2．学会用双棱镜测定钠光的波长.【仪器和用具】光具座，单色光源（钠灯），可调狭缝，双棱镜，辅助透镜（两片），测微目镜，白屏.【实验原理】如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱（甚至可能为零），这种现象称为光的干涉，菲涅耳利用图1所示的装置，获得了双光束的干涉现象，图中AB是双棱镜，它的外形结构如图2所示，将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A较小（一般小于1）．从单色光源发出的光经透镜L会聚于狭缝S，使成S为具有较大亮度的线状光源．从狭缝S发出的光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们是由虚光源S1和S2发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠区域P1P2内产生干涉．当观察屏P离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行于狭缝S的、明暗相间的、等间距干涉条纹．图1双棱镜干涉实验光路图2双棱镜结构设两虚光源S1和S2之间的距离为d，虚光源所在的平面（近似地在光源狭缝S的平面内）到观察屏P的距离为D，且dD，干涉条纹间距为某，则实验所用光源的波长为d某(1)D因此，只要测出d、D和某，就可用(1)式计算出光波波长．【实验内容】1．调节共轴(1)按图1所示次序，将单色光源S0，会聚透镜L，狭缝S，双棱镜AB与测微目镜P放置在光具座上．用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊和狭缝S的取向大体平行．(2)点亮光源S0，通过透镜L照亮狭缝S，用手执白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，有否叠加区P1P2（应更亮些）叠加区能否进入测微目镜？当移动白屏时，叠加区是否逐渐向左、右（或上、下）偏移？根据观测到的现象，作出判断，进行必要的调节使之共轴．2．调节干涉条纹(1)减小狭缝S的宽度，绕系统的光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜AB，当双棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行时，从测微目镜中可观察到清晰的干涉条纹．(2)在看到清晰的干涉条纹后，为便于测量，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当．同时只要不影响条纹的清晰度，可适当增加狭缝S的缝宽，以保持干涉条纹有足够的亮度．（注：双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，S1和S2间距也将减小，这对d的测量不利．）3．测量与计算(1)用测微目镜测量干涉条纹的间距如，为了提高测量精度，可测出n条（10～20条）干涉条纹的间距某，除以n，即得某.测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹（或暗纹）的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过n个条纹，读出两次读数，重复测量几次，求出某.(2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离D.由于狭缝平面与其支架中心不重合，且测微目镜的分划板（叉丝）平面也与其支架中心不重合，所以必须进行修正，以免导致测量结果的系统误差，测量几次，求出D．(3)用透镜两次成像法测两虚光源的间距d．参见图3，保持狭缝S与双棱镜AB的位置不变，即与测量干涉条纹间距某时的相同（问：为什么不许动？），在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为f的会聚透镜L，移动测微目镜使它到狭缝S的距离D4f，然后维持恒定，沿光具座前后移动透镜L，就可以在L的两个不同位置上从测微目镜中看，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的和S2到两虚光源S1和S2经透镜所成的实像S1实像．分别测得两放大像的间距d1，和两缩小像的间距d2，则按下式即可求得两虚光源的间距d．多测几次，取平均值d．dd1d2(2)图3用透镜两次成像法测两虚光源的间距d(4)用所测得的某、D、d值，代入式(1)，求出光源的波长．(5)计算波长测量值的标准不确定度．4．注意事项(1)使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度，要注意防止回程差，旋转读数鼓轮时动作要平稳、缓慢，测量装置要保持稳定．(2)在测量D值时，因为狭缝平面和测微目镜的分划板平面均不和光具座滑块的读数准线（支架中心）共面，必须引入相应的修正,否则将引起较大的系统误差．(3)测量d1、d2时，由于透镜像差的影响，将引入较大误差，可在透镜L上加一直径约lcm的圆孔光阑（用黑纸）以增加d1、d2测量的精确度．（可对比一下加或不加光阑的测量结果．）【思考题】1．双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝？为何缝要很窄且严格平行于双棱镜脊才可以得到清晰的干涉条纹？2．试证明公式dd1d2.附：测量钠光波长数据记录与处理表1.干涉条纹间距某的测量结果10条干涉条纹间距序数读数1序数读数210某(mm)k1k2k3k1+10k2+10k3+10k4k5k4+10k5+10D=(mm)某=(mm)表2.用而成成像法测量虚光源像的结果放大像(mm)序数读数112345平均值读数2缩小像(mm)d1读数1读数2d2 d某d1d2某=DD不确定度计算举例：用双棱镜测量光源的波长（λ）实验，测量公式为：d1d2某1nD式中d1为两虚光源经透镜L1所成二亮线（光源实像）的间距，d2为透镜移至L2二亮线的间距，D为虚光源到其实像的距离。
5.2双缝干涉测量光的波长
(2)测定单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手
轮上的读数x1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，
使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中央，记下此
时手轮上的读数xn.
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离L(d是已知的)．
5.2学生实验： 用双缝干涉测量光的波长
一、实验原理
l>>d时,
l x d d x l
二、实验器材
双缝干涉仪(由光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双 缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、 刻度尺．
二、实验器材
测量头
分划板 手轮 读出手轮上的读数 求出条纹间距
4．照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双
缝，测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰的一
般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．
④重复测量、计算，求出波长的平均值． ⑤换用不同的滤光片，重复实验．
实验观察到图样：
演示 中央是亮纹， 亮暗相间的、等距条纹
四、实验数据处理 (1)条纹间距的计算：
xn x1 x n 1
(2)波长计算：λ＝
(3)计算多组数据，求λ的平均值．
五、误差分析
1．双缝到屏的距离l的测量存在误差．
目镜
注意：转动手轮，分划板会向左右移动，测量时， 应使分划板中心刻度对齐亮条纹的中心，
三、实验步骤
(1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上， 如图所示．
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线 到达光屏．
实验用双缝干涉测光的波长(共20张PPT)
B.增大④和⑤之间的距离
C.将绿色滤光片改成红色滤光片
D.增大双缝之间的距离
命题点一
命题点二
(2)如果将灯泡换成激光光源,该实验照样可以完成,这时可以去掉的部件
是
(填数字代号)。
(3)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹,读出手轮的
读数如图甲所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第10条亮条纹,读出
l=74.90 cm。图戊读数为 0.300 mm,图己读数为 14.700 mm,结合图
乙可知,两条相邻亮条纹间的距离
-7
将以上数据代入得
8.0×10 m
Δ
λ=
14.700-0.300
Δx=
6
mm=2.400 mm。
关闭
-7
=8.0×10 m。
解析
解析
答案
答案
4.在观察光的干涉现象的实验中,将两片刀片合在一起,在涂有墨汁的玻璃片
Δ·
(4)待测光的波长 λ=
mm=1.610 mm。
≈5.37×10-7 m。
命题点一
命题点二
用双缝干涉测光的波长问题的解决方法
l
(1)明确双缝干涉条纹间距公式Δx= λ中各物理量的意义,
其中Δx是相邻
d
两条亮条纹(或暗条纹)的中心间距,d是双缝之间的距离,l是双缝到屏的距离,λ
为光的波长。
(3)若将装置放入水中,必须根据水中的波长λ水、真空中的波长λ真
λ真
l
与介质的折射率 n 间的关系 λ 水= n ,求出水中的波长,公式 Δx=d λ 中
的λ为光在水中的波长λ水。
(4)将各物理量统一为国际单位代入求解。
4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长-课件(11张PPT)
蓝光 双缝间距0.36 mm
新知讲解
三、物理量的测量
的测量 ：双缝到屏的距离 可以用刻度尺测出。 的测量
新知讲解
三、物理量的测量
的测量 ：测量个亮条纹间的距离
则：∆ =
−
新知讲解
三、物理量的测量
的测量 ：双缝到屏的距离 可以用刻度尺测出。 的测量 ：测量个亮条纹间的距离
板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示；
然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如
图乙所示。一、实验装置
双缝干涉实验装置示意图
滤光片
光源
透镜
双缝
遮光筒
毛玻璃
目镜
单缝
新知讲解
二、实验步骤
红光 双缝间距0.18 mm
红光 双缝间距0.36 mm
安装遮光筒与光源，使之在一条直线直线上
在光源前加个凸透镜，以便得到平行光
加上单缝与双缝，使缝平行
调整单缝筒与遮光筒同轴，使屏上得到清晰的干涉条纹
则：∆ =
用公式求出光的波长： =
−
课堂练习
1. 用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.2mm，用的是绿色滤光片，
从目镜中可以看到绿色干涉条纹。
（1）如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离如何变化？
（2）把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明哪种色光的波长
实验：用双缝干涉
测量光的波长
温故知新
1.产生稳定的干涉条纹的条件：两光频率相同。
高考物理一轮复习 实验十五 用双缝干涉测光的波长课件
(4)重复测量。
五、数据处理
(1)条纹间距Δx＝|an2－－a11|。
完整版ppt
6
(2)波长λ＝dl Δx。
(3)计算多组数据，求λ的平均值。
六、注意事项
(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养。
(2)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮
光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当。
图实－15－3
完整版ppt
9
(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可 以去掉的部件是________(填数字代号)。
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第 1 条亮条纹， 读下手轮的读数如图实－15－4 甲所示。继续转动手轮，使分划 板中心刻线对准第 10 条亮条纹，读下手轮的读数如图乙所示。则 相邻两亮条纹的间距是________mm。
①增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；
②减小双缝之间的距离。
(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③。
完整版ppt
11
(3)甲图读数是0.045 mm，乙图读数是14.535 mm，它们的 差值是14.490 mm，中间跨越了10－1＝9个条纹间距，所以相 邻两亮条纹间距是Δx＝14.9490 mm＝1.610 mm。
图实－15－4 (4)如果已经量得双缝的间距是 0.30 mm、双缝和光屏之间的
距离是 900 mm，则待测光的波长是______m。(取三位有效数字)
完整版ppt
10
[解析] (1)由实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、
双缝。
由Δx＝
l d
λ可知，要增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取
测光波波长的三种方法(原理,图解)
❖ 由于光在分光板 的第二面反 射，使 在 附近形成以平行与 的虚像 M2′，因而光在迈克尔 逊干涉仪中自 和 的反射就相 当于M1 和 M2′的反射。故迈 克尔逊干涉仪产生的干涉等效 于 M1和M2 ′所构成的虚光板 产生的干涉，即相当于厚度为 的空气薄膜所产生的干涉。
❖ 因此，移动平面镜 ，就会在观察屏E上看到干涉圆 环吞吐的现象，当 移动λ/2的距离，即 每改变λ/2的 距离，就会在观察屏上看到有一个圆环条纹从中心 “吞入”或“吐出”，也就是说，每当“吞入”或 “吐出”一个圆环条纹， 就移动了半个波长，所以
比并量过理的说量方少试些波可三
。加精程、测明原法于给方长见、
以确和方量各理的三出法有光测
对度测法原自图测种不？哪的量
、
，
方法一 用透射光栅测定光波 的波长
实验原理：
若以单色平行光垂直照射在光栅面上（图1-1），则光束经光栅各缝衍射后将在 透镜的焦平面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹（称光谱线）。根据夫琅和费 衍射理论，衍射光谱中明条纹所对应的衍射角应满足下列条件：
线光源，光从S发出经洛埃镜后，形成一虚光源S2，该虚光源所发出的 光满足干涉条件，在交迭区内产生干涉，成为平行于狭缝的等间距干涉 条纹，由此可得：
❖ 其中： ：光源之波长。 ：干涉条纹的间距 d 实光源与虚光源S1、S2间距。
❖ D ：虚光源（狭缝S）至观察处之距离。 ❖ 可由测微目镜测量求出；
❖ D可由光具座标尺读数读出； ❖ d由对称原理测出。
根据干涉圆环的吞吐就可以测量光源的波长，这也 就是干涉仪测量长度或长度变化的理论依据。只要 数出圆环“吞入”或“吐出”的数目N，并且记录 下 移动的距离Δx ，就可以计算出光源的波长，
❖ 实验原理】： ❖ 由双棱镜干涉条件，光源发射的单色光经会聚透镜后会聚于单缝S而成
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方法三
洛埃镜法
实验原理】： 实验原理】 由双棱镜干涉条件，光源发射的单色光经会聚透镜后会聚于单缝S而成 线光源，光从S发出经洛埃镜后，形成一虚光源S2，该虚光源所发出的 光满足干涉条件，在交迭区内产生干涉，成为平行于狭缝的等间距干涉 条纹，由此可得：
其中： ：光源之波长。 ：干涉条纹的间距 d 实光源与虚光源S1、S2间距。 D ：虚光源（狭缝S）至观察处之距离。 可由测微目镜测量求出； D可由光具座标尺读数读出； d由对称原理测出。
三种方法测光波波长
小组成员：
郑凯 吴勇富 龙振 李大强 林学龙 邓光伟
比 。
并 加 以 对
量 精 确 度
过 程 和 测
理 、 方 法 、
的 测 量 原
说 明 各 自
量 原 理 图 ，
方 法 的 测
少 于 三 种
试 给 出 不
些 方 法 ？
波 长 有 哪
可 见 光 的
三 、 测 量
方法一 用透射光栅测定光波 的波长
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由光栅方程可看出，若已知光栅常数d， 测出衍射明条纹的衍射角 ，即可求出光 波的波长 。
迈 克 尔 逊 干 涉 仪 二 法
方
光源S发出的光到达分光板后，被分成振幅（强度）几乎相等的反射光（1）和透射 光（2）。光束（1）向着 M1前进，光束（2）经过G2 后向着 M2前进，这两束光分 别在M1 和 M2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后到达光屏E。由于这两束光 是来自同一光源S的同一束光，因此他们是两列相干光束，在E处必有干涉图样形成。
实验原理：
若以单色平行光垂直照射在光栅面上（图1-1），则光束经光栅各缝衍射后将在 透镜的焦平面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹（称光谱线）。根据夫琅和费 衍射理论，衍射光谱中明条纹所对应的衍射角应满足下列条件：
式中d=a+b称为光栅常数（a为狭缝宽度，b为刻痕宽度，参见图（1），k为光谱线 的级数， 为k级明条纹的衍射角， 是入射光波长。该式称为光栅方程。
由于光在分光板 的第二面反 射，使 在 附近形成以平行与 的虚像 M2′，因而光在迈克尔 逊干涉仪中自 和 的反射就相 当于M1 和 M2′的反射。故迈 克尔逊干涉仪产生的干涉等效 于 M1和M2 ′所构成的虚光板 产生的干涉，即相当于厚度为 的空气薄膜所产生的干涉。
因此，移动平面镜 ，就会在观察屏E上看到干涉圆 因此， 就会在观察屏 上看到干涉圆 环吞吐的现象， 移动λ/2的距离 的距离， 每改变λ/2的 环吞吐的现象，当 移动 的距离，即 每改变 的 距离， 距离，就会在观察屏上看到有一个圆环条纹从中心 吞入” 吐出” 也就是说，每当“吞入” “吞入”或“吐出”，也就是说，每当“吞入”或 吐出”一个圆环条纹， 就移动了半个波长， “吐出”一个圆环条纹， 就移动了半个波长，所以 根据干涉圆环的吞吐就可以测量光源的波长， 根据干涉圆环的吞吐就可以测量光源的波长，这也 就是干涉仪测量长度或长度变化的理论依据。 就是干涉仪测量长度或长度变化的理论依据。只要 数出圆环“吞入”或“吐出”的数目N，并且记录 数出圆环“吞入” 吐出”的数目 ， 移动的距离∆x ，就可以计算出光源的波长，即： 就可以计算出光源的波长， 下 移动的距离 ∆x =N· λ=