《实验：用双缝干涉测量光的波长》课件

第4节实验：用双缝干涉测量光的波长

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、光屏及测量头)、学生电源、导线、米尺。

实验步骤1．器材的安装与调整(1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如图所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图所示，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央。2．观察双缝干涉图样(1)调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮。在屏上就会看到白光的双缝干涉图样。(2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹。(3)在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的位置，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干涉条纹的亮度，使条纹更加清晰，如图所示。

误差分析1．测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。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)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。

注意事项1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行。2．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。3．测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。4．要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δx。5．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所致，干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。[典例1]在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置B．干涉条纹与双缝垂直C．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关D．干涉条纹间距与光的波长有关以上几点中你认为正确的是________。(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________mm。(3)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，如图丙所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。[答案]

(1)ACD

(2)0.704

(3)大于[对点训练]1．如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增大相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取________________或______________的方法。答案：滤光片单缝双缝增大双缝到光屏的距离减小双缝两缝间距离[典例2]某同学利用图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。回答下列问题：(1)若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数据处理与误差分析(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。[对点训练]2．利用双缝干涉测量单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图丙中游标卡尺的示数为_______mm，图丁游标卡尺的示数为______mm。在实验中，所测单色光的波长为_____m。在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或者“不能”)看到明暗相间的条纹。答案：11.4

16.9

6.75×10－7不能问题一对实验装置及原理的考查例题1在用双缝干涉测量光的波长实验中(实验装置如图):(1)下列说法错误的是

。(填选项前的字母)

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.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为

mm。

解析

(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距

,选项C正确。故选A。(2)主尺读数是1.5

mm,螺旋读数是47.0×0.01

mm,因此示数为1.970

mm。答案

(1)A

(2)1.970变式训练1(北京海淀模拟)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(如图所示),单缝保持竖直方向,并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为l。(1)组装仪器时,单缝和双缝的空间关系应该为

。

A.a代表单缝,b代表双缝B.a代表双缝,b代表单缝C.二者相互垂直放置D.二者相互平行放置(2)将红色滤光片改为绿色滤光片,其他实验条件不变,在目镜中仍可看见清晰的条纹,则

。

A.条纹为竖条纹B.条纹为横条纹C.与红光相比条纹间距变窄D.与红光相比条纹间距变宽(3)经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为Δx,则这种光的波长为λ=

(用题中所给字母表示)。

解析

(1)双缝的光来自单缝,因此单缝距离光源更近,A正确,B错误;双缝与单缝应该平行放置,C错误,D正确。(2)由于单缝保持竖直,条纹的方向与单缝平行,所以条纹竖直,A正确,B错误;由于绿光的波长比红光的短,所以干涉条纹间距比红光的窄,C正确,D错误。(3)根据两个相邻的亮条纹(或暗条纹)间距为Δx=λ,可得波长表达式λ=Δx。答案

(1)AD

(2)AC

(3)Δx问题二实验数据处理和误差分析例题2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),并选用缝间距d=0.20mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离l=700mm。然后,接通电源使光源正常工作。甲

(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条纹的编号,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。乙

丙(2)利用上述测量结果,经计算可得两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=

mm;这种色光的波长λ=

nm。

答案

(1)15.02

(2)2.31

6.6×102变式训练2(山东临沂十八中高二月考)如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图。(1)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乙所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第8条亮条纹,读出手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距是

mm(结果保留三位有效数字)。

(2)如果已经量得双缝的间距是0.3mm,双缝和光屏之间的距离是900mm,则待测光的波长是

m(结果保留三位有效数字)。

解析

(1)题图乙中手轮的固定刻度读数为0