第五节　用双缝干涉实验测定光的波长

第五节用双缝干涉实验测定光的波长学

习

目

标思

维

导

图1.能制订用双缝干涉测光的波长的实验方案，确定需要测量的物理量．2.学会正确使用实验器材获取数据，对数据进行分析后得出结论．3.会分析误差，用物理语言准确描述实验结论．01.知识点一03.随堂自主检测04.课时素养评价24内容索引02.知识点二01.知识点一

状元随笔测量头按其原理及读数方法可分为两种：一种是游标卡尺式的；另一种是螺旋测微器式的．2．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、毛玻璃屏及测量头)、学生电源、导线、刻度尺．3．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．④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约为5～10cm，这时可观察到白光的干涉条纹．⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．

③用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(d是已知的)．④重复测量、计算，求出波长的平均值．⑤换用不同的滤光片，重复实验．【重难突破】例1在“用双缝干涉测定光的波长”实验中(实验装置如图所示)：

A解析：放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故A错误．(2)测量某明纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为________mm.1.970解析：按读数规则，读出示数为1.5mm＋47.0×0.01mm＝1.970mm.【变式训练1】如图1所示，某同学对以下实验装置进行调节并观察实验现象．(1)图2中甲、乙图是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________．(选填“甲”或“乙”)甲解析：双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度，则图甲是干涉条纹．(2)在实验中，仅将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变________．(选填“宽”或“窄”)宽

(3)若实验前已获知的数据有双缝的间距为d，双缝到屏的距离为L.经测量，相邻两条明条纹间的距离为Δx.请写出计算该光波长大小的表达式λ＝________．

02.知识点二

2．误差分析(1)双缝到屏的距离L的测量误差因本实验中双缝到屏的距离非常长，L的测量误差不太大，但也应选用毫米刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小相对误差．(2)测条纹间距Δx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．③测量多条明条纹间距时读数不准确．3．注意事项(1)双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件．(2)安装时，要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直．(3)光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近．(4)实验中可能会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关．【重难突破】例2在“用双缝干涉测定光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距为d的双缝屏．毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L.接通电源使光源正常工作，发出白光．(1)组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则________．A．看不到干涉现象B．可观察到水平方向的干涉条纹C.可观察到竖直方向的干涉条纹C解析：单缝和双缝均沿竖直方向，因此得到的干涉条纹为竖直方向的干涉条纹，C正确．(2)若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中________．A．可观察到明暗相间的白条纹B．可观察到彩色条纹C．观察不到干涉条纹B解析：取下红色滤光片，通过单缝的为白光，因此得到的干涉条纹为彩色条纹，B正确．(3)若实验中在像屏上得到的干涉图样如图乙所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图乙中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ＝________．分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图丙所示，则其读数为________cm.

3.110

(4)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，真实值________(选填“大于”“小于”或“等于”)测量值．小于解析：从图可以看出，若条纹倾斜，则真实值小于测量值．【变式训练2】某同学用图甲所示装置测定光的波长．(1)已知单缝到双缝的距离为100mm，双缝到光屏的距离为500mm，双缝之间的距离为0.50mm.该同学在实验中，移动分划板，第1条明条纹对应的游标卡尺读数如图乙所示，第5条明条纹对应的游标卡尺读数如图丙所示，则入射光的波长为________m(结果保留两位有效数字)．5.2×10-6

(2)在撰写实验报告时，需将目镜中所观察到的现象描绘出来．小张和小李分别画了转动手轮时所观察到的初、末两个视场区的示意图如图丁、戊所示．由图可判断，________(选填“丁”或“戊”)图存在造假现象．丁解析：由图丁可看到初末条纹是同一条纹，丁图存在造假现象．03.随堂自主检测1．(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按要求安装好实验装置后，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是因为(

)A．光源发出的光束太强B．单缝与双缝不平行C．没有安装滤光片D．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大答案：BD解析：安装双缝干涉仪器要做到：光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝、双缝要处在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，光源发出的光束不能太暗．综上所述，B、D正确．2．在“用双缝干涉测定光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示)，并选用双缝间距d＝0.20mm的双缝屏．从仪器注明的规格可知，光屏与双缝屏间的距离L＝700mm.然后，接通电源使光源正常工作．(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙a所示，图乙a中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙b中游标尺上的读数x1＝1.16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙a所示，此时图丙b中游标尺上的读数x2＝________mm.15.02(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________mm，这种色光的波长

λ＝________nm.2.316.6×102

04.课时素养评价241．(8分)(1)如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是________．A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏B．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏C．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏C解析：a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片、单缝、双缝、光屏，故C正确．(2)对于某种单色光，为增加相邻明纹(或暗纹)之间的距离，可采用的方法是(任写一种方法)____________________________________________________________.增加双缝到屏的距离或减小双缝间距(任答一条即可)

2．(12分)某实验小组使用如下图甲的装置测量某激光的波长．用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板，双缝间的宽度d＝0.36mm.激光经过双缝后投射到光屏中的条纹如图乙所示．(1)由刻度尺读出A、B两明纹中心间的距离x＝________mm.66.0解析：刻度尺的最小刻度值为1mm，由刻度尺读出A、B两明纹的位置为xA＝24.0mm，xB＝90.0mm，则A、B两明纹中心间的距离x＝xB－xA＝66.0mm.

6.60×10－7

(3)如果在同样装置和参数下用绿色激光重新实验，相邻明纹中心间距会________(选填“变大”“变小”或“不变”)．变小

3．(12分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示．(1)“用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图所示，光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为________________．A．滤光片双缝单缝B．滤光片单缝双缝C．单缝滤光片双缝D．双缝滤光片单缝B解析：“用双缝干涉测量光的波长”实验装置中，光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，B正确．(2)某同学用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准明条纹A的中心，记录手轮上的示数x1，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准明条纹B的中心，这时手轮上的示数是x2，如图乙所示．若测得双缝与屏之间的距离为l，双缝间距为d，则对应光波的波长λ＝________________．

(3)图丙为上述实验装置的简化示意图．S为单缝，S1、S2为双缝，屏上会出现明暗相间的干涉条纹．若实验时单缝向下微微移动到S′处，则可以观察到________________．A．干涉条纹消失B．仍能看到干涉条纹，且条纹整体向上平移C．仍能看到干涉条纹，且条纹整体向下平移B解析：实验时单缝向下微微移动，通过双缝S1、S2的光仍是相干光，仍可产生干涉条纹，A错误；对于中央明纹来说，从S′处经过S1、S2到中央明纹的路程差仍等于0，如下图所示，而S′S1>S′S2，要使得S′S1＋S1P＝S′S2＋S2P，那么S1P<S2P，则中央明纹O的位置略向上移动，B正确，C错误．4．(16分)用如图甲所示的装置来做“双缝干涉测量光的波长”的实验．(1)如图甲所示，光具座放在水平桌面上，安装光源和各光学元件应保证其中心在__________.同一高度解析：光具座放在水平桌面上，安装光源和各光学元件应保证其中心在同一高度．(2)通过目镜观察条纹时看不清，为观察到清晰条纹，可以进行的操作是______________．A．拆除目镜

B．取走凸透镜C．旋转遮光筒 D．调节拨杆D解析：若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行，要使条纹变得清晰，应调节拨杆使单缝与双缝平行，D正确．(3)实验中，选用红色滤光片测量红光的波长，测得双缝间的距离d＝2mm，双缝与屏之间的距离L＝0.80m，通过测量头观察第1条明条纹的读数为3.645mm，转动手轮，使分划线向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第6条明条纹的中心，仪器读数如图乙所示，则其读数为____________mm，由此求得红光的波长为____________m(计算结果保留三位有效数字)．4.9456.50×10－7

(4)实验中，若用一块薄玻璃片挡在双缝中某一条缝S2的后面，如图丙所示，则原来在P0处的某个条纹将____________(选填“向上移动”“向下移动”或“位置不动”)．向下移动解析：若用一块薄玻璃片挡在双缝中某一条缝S2的后面，这条光路的路程增大，原路程差为0的点向下移动，即中央明纹下移，相应的干涉图样均下