第4节　实验：用双缝干涉测量光的波长.docx

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1、第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长学习目标.掌握用双缝干涉测量光的波长的原理和方法。2.观察不同单色光的双缝干涉图样。3.掌握螺旋测微器的读数方法。4.会用公式进行数据处理求光的波长。巾实验基础梳理一、实验目的.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器。1 .掌握相邻亮条纹(或暗条纹)中心间距的计算公式原=夕及推导过程。2 .观察双缝干涉图样，掌握实验方法。二、实验设计.实验原理(1)干涉图样的获得：光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当 于线光源，经双缝后产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条 纹，如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。光的波长的测定：假设双缝到屏的

2、距离用/表示，双缝间的距离用d表示，相邻 两条亮纹间的距离用心表示，那么入射光的波长为7=半。实验中d是的，L测出/、Ax即可计算出光的波长九(3)测量1的方法：测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，测量时 先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向 左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再同方 向转动手轮，测出条亮条纹间的距离，那么可求出相邻两条亮条纹间的距离Ar a甲条纹的中心对齐乙.实验器材双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量 头，另外还有学生电源，导线、刻度尺。三 实验步骤.将光源、滤光片

3、、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图 所示。光源滤光片单缝,缝 遮光筒 优目.一三口工:归一1 .接好光源，闭合开关，使灯丝正常发光。2 .调节各元件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。3 .安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两 者间距510 cm,这时可观察白光的干涉条纹。4 .在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。四、数据处理.安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。1 .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6Z1,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另一亮条纹的中央，记下 此时手轮

4、上的读数Q2,将该条纹记为第n条亮纹，那么相邻两亮条纹间距2=aia.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离/3是的)。2 .重复测量、计算，求出波长的平均值。五、误差分析.测双缝到屏的距离/带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行屡次测量求平 均值的方法减小误差。1 .测条纹间距Ax带来的误差。(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。测量多条亮条纹间距离时读数不准确。六、考前须知.双缝干涉仪是比拟精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等 元件。1 .滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。2 .安装时，注意调节光源

5、、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，间距大约510cm。3 .调节的基本依据：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量 头与遮光筒不共轴线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。4 .测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。5 .光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。实验探究分析探究1实验原理与操作【例1现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E 等光学元件，要把它们放在如下图的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以 测量红光的波长。光源遮光筒扉1-H丁铲SS(1)将白光光源C放在光具座最左端

6、，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各 光学元件的字母排列顺序应为C、Ao(2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮； 按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴 线上；用刻度尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。在操作步骤时还应注意和 O答案(1)E D B (2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间的距离 要适当解析（1）滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B 是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以表示各光学元件的字母排列顺 序为 C、E、D

7、、B、Ao（2）在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、 双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心位于 遮光筒的轴线上。【训练11 （多项选择）在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中（实验装置如图），下 列说法正确的选项是（）透镜光源、滤光片单缝双缝遮光筒 屏A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐C.为了减小测量误差，可用测量头测出条亮条纹间的距离求出相邻两条亮条纹间距以=一、n 1D.某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方法是改

8、用蓝光作为入射光答案BC解析调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故 A错误；测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对 齐，故B正确;八条亮条纹之间有八一1个间距，相邻两条亮条纹的间距以=一、， n 1故C正确；某同学用黄光作为入射光，根据可知，为了增大干涉条纹的 间距，应采用波长大于黄光的红光或橙光，不可以改用波长比黄光短的蓝光作为 入射光，故D错误。探究2实验数据处理【例2】（2019全国n卷）某同学利用图所示装置测量某种单色光的波长。实验 时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答以下问题:滤光片单缝光 源一/

9、遮光筒:如目 w 镜 测量头 假设想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝 （ii）假设双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为/,测得第1条暗条纹到第条暗条纹之间的距离为Ax,那么单色光的波长 o（iii）某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m, 第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。那么所测单色光的波长为 nm（结果保存3位有效数字）。答案（i）B （ii）（_）i （iii）630解析 相邻明（暗）干涉条纹的宽度%=,，要增加观察到的条纹

10、个数，即减小 Ax,需增大d或减小因此应将屏向靠近双缝的方向移动，选项B正确。（ii）第1条到第条暗条纹间的距离为Ax,那么相邻暗条纹间的距离A，战Ax 1，n 1-/加Axd又醺才1，斛仔丸=-（K /。（叫由4三灯代入数据解得A=630 nmo【训练2 （2022北京昌平区高二期末）利用双缝干涉测定单色光波长时，第一mm,可得相邻两亮条纹的间距Ax=mm,可得相邻两亮条纹的间距Ax=mm,所测单色光的波长为次分划板中心刻线对齐A条纹中心（图甲），游标卡尺的示数如图丙所示，第二次 分划板中心刻线对齐3条纹中心（图乙），游标卡尺的示数如图丁所示。双缝 间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1

11、m,那么图丙中游标卡尺的示数为答案 11.4 1.35 6.75 XI O7解析游标卡尺读数等于固定刻度读数加上游标尺读数，10分度游标卡尺的精确度为 0.1 mm,图丙中读数为 11 mm+0.1 mX4= 11.4 mm,图丁中读数为16 mm+0.1 mX8 = 16.8 mm,可得相邻两条亮条纹的间距Ax=16.84 IL4 1nm= 35 mmo实验时测量多条干涉条纹的目的是减小测量的误差, 根据双缝干涉条纹间距公式=夕，可得单色光的波长2=3-二 5 J。X 1.35 X IO_3 m=6.75 X IO-7 mo CJL1.（多项选择）（2022天津实验中学月考）利用如下图的实验

12、装置研究双缝干涉现象并 测量光的波长，以下说法正确的有（）A.实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝B.将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D.测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大答案AB解析滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源, 双缝的作用是形成相干光源，其排列顺序合理，故A正确；将滤光片由紫色换成 红色，波长丸变长，根据双缝干涉条纹的间距公式Ax=夕知，条纹间距最增大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，Ax与此距离无关，故干涉条纹间 距不变，故C错误；测量过程中，把5个条纹间距数成6个，

13、导致原变小，那么 波长测量值偏小，故D错误。2 . （2022河北高二期末）如图甲所示为“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置。 光具座上放置的光学元件依次为光源（白炽灯）、 双缝、遮光筒、光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮条纹（暗条纹）间的 距离，可采取 或 的方法。一 L 一工一一 -c5k（2）转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央，手轮的读数 如图乙所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮 的读数如图丙所示。那么相邻两亮条纹的间距为 mm（计算结果保存3 位小数）。（3）如果双缝的间距为0.30 mm、双缝和光屏之间的距离为900 mm,那么待

14、测光的波长为 m（计算结果保存3位有效数字）。如果将图甲中光源（白炽灯）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（选填数字代号）。答案（1）滤光片单缝增大双缝到光屏间的距离（或选用较长的遮光筒）减小 双缝之间的距离1.6105.37X10-7.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，备有以下仪器：A.白炽灯B.双缝C.单缝D.滤光片E.光屏（1）把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是（填写字母代号）。(2)双缝到光屏之间的距图/=500 mm,双缝之间的距禺d=0.50 mm,单缝到 双缝之间的距离s=100 mm,某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头 目镜中先看到

15、分划板中心刻线对准A亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板 中心刻线对准5亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如下图。那么入射光的 波长Z=m(结果保存2位有效数字)。12lii ii 11 i,i ill II11门门I0 5 1()A位置读数B位置读数BA实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善方法有 OA.改用波长较长的光(如红光)作为入射光B.增大双缝到屏的距离C.增大双缝到单缝的距离D.增大双缝间距答案 (l)ADCBE (2)6.4 X10-7 (3)AB解析(2)游标卡尺读数精确度为0.1 mmA位置主尺读数为11 mm游标尺读数为1X0.1 mm = 0.1 mm读数为 xi = 11 mm+0.1mm同理8位置读数为X2= 15.6 mm那么相邻条纹间距X2 XXAx=-q70.64 mm j那么 2=7八=6.4义 10-7 mo(3)由盘=方可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光、增大双缝到屏的距离或减小双缝间距，故A、B正确。