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2、測定單色光的波長

⑴安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。

⑵使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a₁，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動；記下移動的條紋數(shù)n和移動后手輪的讀數(shù)a₂，a₁與a₂之差即為n條亮紋的間距。

⑶用刻度尺測量雙縫到光屏間距L(d是已知的)。

⑷重復(fù)測量、計(jì)算，求出波長的平均值。

⑸換用不同的濾光片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

[注意事項(xiàng)]

1、觀察雙縫干涉圖樣

⑴將光源、單縫、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如圖4所示。

⑵接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。

⑶調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。

⑷安裝雙縫，使雙縫與單縫平行，二者間距約為5-10cm。

⑸放上單縫，觀察白光的干涉條紋。

⑹在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。

2、測定單色光的波長

[實(shí)驗(yàn)原理]

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1

如圖1所示，電燈發(fā)出的光經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時(shí)發(fā)生衍射，這時(shí)單縫S相當(dāng)于一單色光源，衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫S₁和S₂之后，再次發(fā)生衍射，S₁、S₂雙縫相當(dāng)于二個(gè)步調(diào)完全一致的單色相干光源，透過S₁、S₂雙縫的單色光波在屏上相遇并疊加，到S₁、S₂距離之差是波長整數(shù)倍的位置上，(如P₁、P₂：P₁S₂－P₁S₁＝λ　P₂S₂－P₂S₁＝2λ)兩列光疊加后加強(qiáng)得到明條紋，在到S₁、S₂的距離差為半波長的奇數(shù)倍的位置上，兩列光相遇后相互抵消，出現(xiàn)暗條紋，這樣就在屏上得到了平行于雙縫S₁、S₂的明暗相間的干涉條紋。

相鄰兩條明條紋間的距離Δx，與入射光的波長λ，雙縫S₁、S₂間距離d及雙縫與屏的距離L有關(guān)，其關(guān)系式為：，由此，只要測出Δx、d、L即可測出波長λ，若光源與單縫間不加濾光片，則光源所發(fā)出的各種色光在屏上都分別發(fā)生疊加而出現(xiàn)明暗相間找條紋，但各種色光的波長不同，從而兩相鄰明條紋間的距離就不同，但是各色光在屏上S₁、S₂等距離的位置O處均出現(xiàn)明條紋，即明條紋在此重合。從而此處的條紋顏色為白色，但在其它位置上各色光的明條紋并不重合。從而，顯現(xiàn)出彩色條紋。

兩條相鄰明(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出。

測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖2所示。轉(zhuǎn)

動手輪，分劃板會在左右移動。測量時(shí)，應(yīng)使分劃板

中心刻度對齊條紋的中心(如圖3所示)記下此時(shí)手輪

上的讀數(shù)a₁，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板向一側(cè)移動，當(dāng)分劃　　　　　　　　　　　 2

板中心刻線對齊另一條相鄰的明條紋中心時(shí)，記下手輪上的刻度線a₂，兩次讀數(shù)之差就是相鄰兩條明條紋間的距離。即。

Δx很小，直接測量時(shí)相對誤差較大。通常測出n條明條紋

間的距離a，再推算相鄰兩條明(暗)條紋間的距離。

Δx＝a/(n-1)

[實(shí)驗(yàn)器材]

　雙縫干涉儀即：

　光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺

[實(shí)驗(yàn)步驟]

1、觀察雙縫干涉的干涉圖樣

11、用雙縫干涉測光的波長

　 [實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯

10、測定玻璃的折射率

　[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯 　測定玻璃的折射率 　[實(shí)驗(yàn)原理] 　如圖所示，當(dāng)光線AO以一定入射角穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入射光線AO對應(yīng)的出射光線的O'B，從而求出折射光線OO'和折射角r，再根據(jù)n=算出玻璃的折射率。 　[實(shí)驗(yàn)器材] 　一塊兩面平行的玻璃磚，一張白紙，木板一塊，大頭針(4枚)，量角器(或圓規(guī)、三角板)，刻度尺，鉛筆等 　[實(shí)驗(yàn)步驟] 　1．把白紙鋪在木板上。 　2．在白紙上畫一直線aa'作為界面，過aa'上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN'，并畫一條線段AO作為入射光線。 　3．把長方形玻璃磚放在白紙上，并使其長邊與aa'重合，再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb'。 　4．在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P₁、P₂。 　5．從玻璃磚bb'一側(cè)透過玻璃磚觀察大頭針P₁、P₂的像，調(diào)整視線的方向直到P₁的像被P₂的像擋住。再在bb'一側(cè)插上兩枚大頭針P₃、P₄，使P₃能擋住P₁、P₂的像，P₄能擋住P₁、P₂的像及P₃本身。 　6．移去玻璃磚，在拔掉P₁、P₂、P₃、P₄的同時(shí)分別記下它們的位置，過P₃、P₄作直線O'B交bb'于O'。連接O、O'，OO'就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向�！螦ON為入射角，∠O'ON'為折射角。 　7．用量角器量出入射角和折射角的度數(shù)。查出它們的正弦值，并把這些數(shù)據(jù)填入記錄表格里。 　8．用上述方法分別求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°時(shí)的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，記錄在表格里。 　9．算出不同入射角時(shí) 的值，比較一下，看它們是否接近一個(gè)常數(shù)。求出幾次實(shí)驗(yàn)測得的 的平均值，就是這塊玻璃的折射率。 　[注意事項(xiàng)] 　1．輕拿輕放玻璃磚，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面。嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)直尺用。 　2．實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚在紙面上的位置放好后就不可移動。 　3．插針P₁與P₂、P₃與P₄的間距要適當(dāng)?shù)卮笮�，以減小確定光路方向時(shí)出現(xiàn)的誤差。 　4．實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不能太小(接近零度)，否則會使測量誤差加大；也不能太大(接近90°)，否則會不易觀察到P₁、P₂的像。 　5．本實(shí)驗(yàn)中如果采用的不是兩面平行玻璃磚，如采用三棱鏡，半圓形玻璃磚等，只是出射光和入射光不平行，但一樣能測出其折射率。 　[例題] 　1．在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)光路如圖1所示，對實(shí)驗(yàn)中的一些具體問題，下列意見正確的是 　A．為了減少作圖誤差，P₃和P₄的距離應(yīng)適當(dāng)取大些 　B．為減少測量誤差，P₁、P₂的連線與玻璃磚界面的夾角應(yīng)盡量大些 　C．若P₁、P₂的距離較大時(shí)，通過玻璃磚會看不到P₁、P₂的像 　D．若P₁、P₂連線與法線NN'夾角較大時(shí)，有可能在bb'面發(fā)生全反射，所以在bb'一側(cè)就看不到P₁、P₂的像 　答案：A 　　　　　 　　　 　2．某同學(xué)由于沒有量角器，他在完成了光路圖以后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，10.00cm長為半徑畫圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交O、O'連線延長線于C點(diǎn)。過A點(diǎn)作法線NN'的垂線AB交NN'于B點(diǎn)，過C點(diǎn)作法線NN'的垂線CD交于NN'于D點(diǎn)，如圖2所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm。由此可得出玻璃的折射率n=________。 　答案：1.50，由圖可知：sin∠i=sin∠AOB=AB/OA，sin∠r=sin∠COD=CD/OC， 　在這OA=OC=R=10.00cm，CD=4.00cm，AB= ，代入解得：n=1.50

2．要測量圖中通過R的電流(R＝2Ω)，請回答下列問題：

①掃描頻率、DC、AC、Y增益、水平、豎直位移、衰減等旋鈕如何轉(zhuǎn)動？

②應(yīng)如何接到示波器上進(jìn)行測量？

③如果將衰減置于10擋，光點(diǎn)距原點(diǎn)下方4格，那么通過R的電流多大？

④如果光點(diǎn)在原點(diǎn)的斜上方，測量誤差過大，其原因是什么？

⑤如果換上與該電池等效的交流電源，應(yīng)如何測量？

分析與解答

①掃描頻率旋鈕置于外X擋；DC、AC開關(guān)置于DC處，Y增益順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底；調(diào)節(jié)水平、豎直位移旋鈕使光點(diǎn)位于正中；衰減置于較高擋。

②把電阻R兩端分別與示波器上Y輸入和地相連。(電路圖請同學(xué)們自行作出。)

③加在R兩端的電壓U＝4×50×10(mV)＝2V。通過R的電流I＝U/R＝2/2＝1A。

④測量之前光點(diǎn)沒有調(diào)到熒光屏中央，Y增益旋鈕沒有順時(shí)針旋到底。

⑤接線與測量方法相同。只須將“DC、AC”開關(guān)置于“AC”位置即可。

1．圖是某晶體管的集電極電壓在示波器熒光屏上顯示出的穩(wěn)定的圖形。圖中鋸齒波顯示為3格。問：

①鋸齒波幅度為多少？

②直流分量電壓為多少？

③鋸齒波C點(diǎn)對地電壓為多少？D點(diǎn)對地電壓為多少？

分析與解答

此問題系J2459對合成電壓的測量問題。當(dāng)示波器Y增益旋鈕順時(shí)針旋到底，這時(shí)示波器垂直系統(tǒng)靈敏度為每格50A(mV)。(A為衰減開關(guān)倍率)故：

①幅度為：U_pp＝3×50×A(mV)

②電壓為：U＝3.5×50×A(mV)

③C、D兩點(diǎn)對地電壓為：

U_c＝2×50×A(mV)　 U_D＝5×50×A(mV)

本題思維點(diǎn)撥：在實(shí)際測量中，除了單純的交流電壓或直流電壓測量外，往往需要測量既有交流分量又有直流分量的合成電壓。例如晶體管放大信號時(shí)所出現(xiàn)的，即本題所顯示的集電極電壓，就是既有交流電壓，又有直流電壓；在脈沖電路測試中，往往要了解信號波形各點(diǎn)相對于地的電位高低。這種合成電壓可以很方便地用示波器進(jìn)行測量。測試時(shí)，輸入耦合開關(guān)應(yīng)放于“DC”，先將Y輸入與地接線柱間用導(dǎo)線短接，確定掃描線的零電位。再接入被測信號，調(diào)節(jié)掃描范圍與掃描微調(diào)旋鈕，熒光屏上就會有波形顯示了。

2．練習(xí)使用示波器

(1)　　 觀察熒光屏上的亮斑并進(jìn)行調(diào)節(jié)

①先把灰度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底，豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕旋到中間位置，衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于1000擋，掃描范圍旋鈕置于“外X”擋。

②打開電源開關(guān)，等一兩分鐘(預(yù)熱)后，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)灰度調(diào)節(jié)旋鈕，屏上即出現(xiàn)一個(gè)亮斑，調(diào)節(jié)該旋鈕，使亮斑的亮度適中。

③旋轉(zhuǎn)聚焦調(diào)節(jié)和輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕，觀察亮斑的變化情況，并使亮斑最圓、最小。

④旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕，觀察亮斑上下移動的情況；旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕，觀察亮斑左右移動的情況。調(diào)節(jié)這兩個(gè)旋鈕，使亮斑位于熒光屏中心。

(2)觀察掃描并進(jìn)行調(diào)節(jié)

①把X增益旋鈕順時(shí)針轉(zhuǎn)到1/3處，掃描微調(diào)旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底，掃描范圍旋鈕置于10~100擋，可看到掃描的情形。

②順時(shí)針旋轉(zhuǎn)掃描微調(diào)旋鈕，可看到亮斑移動加快，直至成為一條亮線。

③調(diào)節(jié)X增益旋鈕，可以看到亮線長度隨之改變。

(3)觀察亮斑在豎直方向的偏移并進(jìn)行調(diào)節(jié)

①將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，交直流選擇開關(guān)撥到“DC”位置。

②按圖連接電路。

③將滑動變阻器的滑片P滑至適當(dāng)位置后閉合開關(guān)，把衰減調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針依次轉(zhuǎn)到100、10和1擋，觀察亮斑向上偏移的情況。

④調(diào)節(jié)Y增益旋鈕，使亮斑偏移一段適當(dāng)?shù)木嚯x，再調(diào)節(jié)滑動變阻器，觀察亮斑偏移的距離隨輸入電壓變化的情況。

⑤調(diào)換電池的正負(fù)極，可以看到亮斑改為向下偏移。

(4)觀察按正弦規(guī)律變化的電壓的圖線

①將掃描范圍旋鈕置于10~100擋，衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”擋。

②調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，使屏上出現(xiàn)完整且穩(wěn)定的正弦曲線。

③調(diào)節(jié)Y增益旋鈕(或者X增益旋鈕)，觀察曲線形狀沿豎直(或水平)方向的變化情況。

④調(diào)節(jié)豎直(或水平)位移旋鈕，觀察曲線整體在豎直(或水平)方向上的移動情況。

(5)關(guān)機(jī)

實(shí)驗(yàn)完畢后，把輝度旋鈕反時(shí)針旋到底，然后關(guān)機(jī)，切斷電源。

[注意事項(xiàng)]

(1)示波器屬熱電子儀器，要避免頻繁開機(jī)、關(guān)機(jī)，否則易損壞儀器。

(2)屏上亮斑(或圖線)不能過量，否則容易損傷熒光屏。

(3)“Y輸入”電壓不能太高，以免儀器損壞。

(4)當(dāng)“Y輸入”接導(dǎo)線并“懸空”時(shí)，容易出現(xiàn)干擾波形，應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況。

[例題]

1．熟悉J2459型示波器板上各旋鈕的作用。

如圖為J2459型示波器的面板，熒光屏右邊最上端的是輝度調(diào)節(jié)旋鈕，標(biāo)以“ ”符號，用來調(diào)節(jié)光點(diǎn)和圖像的亮度。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕時(shí)，亮度增加。

第二個(gè)是聚焦調(diào)節(jié)“⊙”和輔助聚焦“○”，這兩個(gè)旋鈕配合著使用，能使電子射線會聚，在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)小的亮斑，得到清晰的圖像。

再下面是電源開關(guān)和指示燈，用后蓋板上的電源插座接通電源后，把開關(guān)扳向“開”的位置，指示燈亮，經(jīng)過一兩分鐘的預(yù)熱，示波器就可以使用了。

熒光屏下邊第一行左、右兩端的旋鈕是垂直位移“ ”和水平位移“ ”，分別用來調(diào)整圖像在豎直方向和水平方向的位置。它們中間的兩個(gè)旋鈕是“Y增益”和“X增益”，分別用來調(diào)整圖像在豎直方向和水平方向的幅度，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，幅度連續(xù)增大。

中間一行左邊的大旋鈕是“衰減”，它有1、10、100、1000四擋，最左邊的“1”擋不衰減，其余各擋分別使輸入的電壓衰減為原來的、、，因此圖象在照直方向的幅度都減為前一檔的，最右邊的正弦符號 擋不是衰減，而是由示波器內(nèi)部自行提供豎直方向的交流試驗(yàn)信號電壓，可用來觀察正弦波形或檢查示波器是否正常工作。

中間一行右邊的大旋鈕是“掃描范圍”，也有四擋，可以改變加在水平方向的掃描電壓的頻率范圍，左邊第一擋是10-100Hz，向右旋轉(zhuǎn)每升高一擋，掃描頻率都增大10倍，最右邊的是“外X”擋，使用這一擋時(shí)，機(jī)內(nèi)沒有加掃描電壓，水平方向的電壓可以從外部輸入。

中間的小旋鈕是“掃描微調(diào)”，用來調(diào)整水平方向的掃描頻率，順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)頻率連續(xù)增加。

底下一行中間的旋鈕“Y輸入”、“X輸入”和“地”分別是豎直方向、水平方向和公共接地的輸入接線柱。左邊的“DC、AC”是豎直方向輸入信號的直流、交流選擇開關(guān)。置于“DC”位置時(shí)，所加的信號電壓是直接輸入的；置于“AC”位置時(shí)，所加信號電壓是通過一個(gè)電容器輸入的，它可以讓交流信號通過而隔斷直流成分。右邊的“同步”也是一個(gè)選擇開關(guān)。置于“+”位置時(shí)，掃描由被測信號正半周起同步，置于“-”位置時(shí)，掃描由負(fù)半周起同步。這個(gè)開關(guān)主要在測量較窄的脈沖信號時(shí)起作用，對于正弦波、方波等，無論扳到“+”或“－”，都能很好地同步，對測量沒有影響。