一体化双缝干涉仪的制作方法

1.本实用新型涉及光学领域的测量仪器，具体涉及一种双缝干涉仪。


背景技术：

2.在中学物理教学过程中，学生通过动手实验，可以深刻的理解物理知识，提升科学素养，激发学习探究兴趣。但是有些实验由于仪器调试难度大、现象不直观等因素，在现实教学中，难以实现学生的切身深度体验。利用双缝干涉测量光的波长的学生实验，存在仪器组装调试繁琐复杂，配套光源亮度低，干涉图样不易调、不清晰，微观测量误差大等诸多不足。原实验仪器存在如下的缺陷
3.1.仪器体积大、零件多
4.原整套实验仪器配件有：长1.2m、重1kg的底座，电压12v的灯泡，长80cm的遮光筒，拨杆、单缝管、遮光板、测量目镜、滤色片及底座、支架、单缝头，双缝间距分别为0.20mm、0.25mm的双缝头。仪器的体积之大，不论是实验仪器的存放还是使用，对空间的要求都很高，而且取放很不方便，学生实验也只能在实验室进行；零件之多，对实验仪器的组装，往往需要老师在备课的环节，花费大量的时间与精力，学生在操作使用过程中，也会因此产生较强的畏难情绪。
5.2.实验步骤多、要求高
6.在实验过程中，学生需要利用滤光片把光源发出的光转换为单色光，再利用单缝将其换为线光源通过双缝，在此期间需要保证光路必须严格沿轴线，单缝、双缝相互平行，否则在光屏上无法获取到干涉条纹。学生在这个过程中，每一步都要小心操作，稍有不慎，就很难成功。
7.3.光源亮度低，现象不明显
8.原实验仪器配以12v白炽灯作为光源，本身亮度就不高的情况下，经过滤光片、单缝、双缝以及套筒后，亮度被进一步削弱，即便是在关灯拉上窗帘的情况下，得到的干涉条纹也不清晰，有时甚至调不出来。整个过程都需要学生通过目镜进行调整，时间长了眼睛容易疲劳，后期测量也是通过目镜进行观察，实验效果不理想。
9.4.测量误差大
10.首先，实验支架上用来测量双缝到屏距离的刻度尺离配件太远；其次，缝到屏距离短，相邻两条亮条纹间的距离小，需要通过目镜，并配合手轮进行微观测量，这都导致实验数据误差较大。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的是提供一种一体化双缝干涉仪，增强了实验的可视化，提高了实验的可操作性，减小了实验误差。
12.本实用新型的技术方案是，一种一体化双缝干涉仪，包括双缝头、激光笔、激光测距仪，其特征是还包括底座，底座设有前后凸台，前凸台全部中空，后凸台部分中空，前凸台
的长度大于后凸台的长度，前凸台头部设有凹槽，前凸台上平面设有一矩形卡槽，激光笔由内六方圆柱形螺钉紧固在前后凸台内，双缝头固定在前凸台头部的凹槽内并与激光笔前端紧密接触，激光测距仪安装在矩形卡槽中，用橡胶垫密封。
13.本实用新型具有以下优点:
14.1、采用智能测距元件，对实验仪器进行创新改进，突破了原仪器存在的种种局限，解放了教师的同时，带给学生更好的实验体验。
15.2、针对原实验仪器存在的缺点，利用连接套筒将便携激光笔、智能测量元件、红外线测距仪与原仪器中的双缝头巧妙组合，增强了实验的可视化，提高了实验的可操作性，减小了实验误差，同时对实验进行了改进创新。
附图说明
16.图1是本实用新型的结构示意图。
17.图2是图1的俯视图。
18.图3是成品外观图。
19.附图标号说明：内六方圆柱形螺钉1；底座2；激光笔3；橡胶垫4；激光测距仪5；双缝头6。
具体实施方式
20.如图1、图2、图3所示，本实施例提供的一种一体化双缝干涉仪，包括双缝头6、双色激光笔3、激光测距仪5、底座2，底座2设有前后凸台，前凸台全部中空，后凸台部分中空，前凸台的长度大于后凸台的长度，底座前凸台头部设有凹槽，底座前凸台上平面设有一矩形卡槽，激光笔3由内六方圆柱形螺钉1紧固在前后凸台内，双缝头6固定在前凸台头部的凹槽内并与激光笔3前端紧密接触，激光测距仪5安装在矩形卡槽中，用橡胶垫4密封。
21.单色激光的相干性好，功率大亮度高，直接通过双缝，就可以在任意实物体表面呈现明显的干涉条纹，肉眼可直接观察。激光笔由干电池供电，携带方便，对实验环境要求低。双色激光同时通过双缝，在同一光屏上即可得到各自的条纹，形成明显的对比，大大提升增强了实验效果。
22.红外线测距仪体积小巧，灵敏度高。不但可以精准地测量双缝到屏距离，不受距离长短的限制，因此也进一步促进实现相邻亮条纹间距的宏观测量，减小实验测量误差。
23.实验设计
24.1.演示实验：相邻亮条纹间距的影响因素
25.(1)按照图2所示，将激光笔3与0.2mm双缝头安装在底座2的两头，打开激光，旋转调节双缝的方向，使红色、绿色激光均能通过双缝，在墙面上获得干涉图样；
26.(2)此时学生可观察红绿色光产生的条纹间距明显不同，得到光色的不同影响相邻亮条纹间距的大小的结论；
27.(3)手持激光笔3缓慢向前或者向后移动，即调节双缝到屏间距，观察相邻亮条纹间距的变化情况，学生可得到双缝到屏距离影响相邻亮条纹间距的大小的结论；
28.(4)将0.2mm双缝头取下，换上0.25mm的双缝头，观察相邻亮条纹间距的变化情况，学生可得到双缝间距离影响相邻亮条纹间距的大小的结论；
29.2.学生实验：利用双缝干涉测量光的波长
30.(1)将激光笔与0.2mm双缝头安装在底座2的两头，放在水平桌面上，并将激光测距仪5安装在底座2上方的矩形卡槽中。打开激光，旋转调节双缝的位置，使红色、绿色激光均能通过双缝，在充当光屏的墙面上获得干涉图样；
31.(2)在投射干涉图样的墙上贴上白纸，用笔分别标记红色绿色亮条纹中心点的位置，并备注条纹对应的光色信息。打开激光测距仪5，测量记录双缝与光屏之间的距离；
32.(3)将0.2mm双缝头取下，换上0.25mm的双缝头，重复以上步骤；
33.(4)移动仪器，改变双缝到屏距离，重复第1
‑
2步操作；
34.(5)处理数据：用刻度尺测量记录在白纸上的每一组n个条纹标记点的距离，除以(n
‑
1)，算出相邻亮条纹间距
△
x，将对应的双缝间距d、双缝与光屏之间的距离l，带入公式求解对应色光的波长。
35.实验效果
36.1.改进后的实验仪器的体积和配件不及原仪器的十分之一，安装调试变得十分简单，干涉图样清晰稳定，很大程度上降低了对实验环境的要求，老师可以直接将其带入教室进行演示，成功率高，可操作性强。教师还可以将条纹直接投射到学生面前，学生也可自己操作探究，学生更加深刻认识到影响相邻亮条纹间距的影响因素，同时感受空间干涉并不是发生在特定位置，在光传播的路径中任意位置都可以发生，学生在此过程中获得了深度体验。
37.2.教师在准备学生实验过程中，再不需要花费大量的时间精力，学生探究过程也得以简化。在实验过程中，学生可同时记录红绿光在相同缝宽和屏到缝间距条件下的条纹信息，并在不改变屏到缝间距的情况下，改变缝宽，再次得到红绿光对应的条纹信息，不改变仪器位置的情况下，可快速得到四组数据。改变仪器位置(缝与屏之间的距离)后，重复以上操作又可即时得到四组数据，节省了时间的同时获得了更多的数据，大大的提高了实验效率。
38.3.提高了测量精度，减小了实验误差，打破了传统实验对于空间的局限。一是实现了从微观测量相邻亮条纹间距到宏观测量的转变，二是利用智能数字仪器取代了传统的刻度尺，最大程度地减小了实验误差，从学生采集的测量数据(如表1)上可以看出，学生实验采集处理后的数据误差较小。
39.表1测量数据
[0040] d(缝宽)/ml(缝离光屏距离)/mx(相邻亮条纹间距)/mλ红光0.00024.8980.0166.53328e
‑
07红光0.00023.2340.01056.49351e
‑
07红光0.000253.2380.00876.71711e
‑
07红光0.000254.1230.0116.6699e
‑
07绿光0.00024.8980.0135.30829e
‑
07绿光0.00023.2340.00855.25665e
‑
07绿光0.000253.2380.00695.32736e
‑
07绿光0.000254.1230.00865.21465e
‑
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