高考物理 用双缝干涉测量光的波长知识和试题经典解析

问题1：如何利用双缝干涉测量光的波长？答：在《4.3光的干涉》的学习中，我们已经推导得出了杨氏双缝干涉中条纹间距∆x与光的波长λ的关系：

其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离。若能通过实验测量出条纹间距∆x，双缝到屏的距离

l

以及双缝间的距离

d，就可以利用上述关系测量光的波长：问题2：如何利用如图所示的实验装置测量相关物理量从而测量光的波长？答：图中所示为实验室中利用双缝干涉测量光的波长的实验装置。该套装置中使用的双缝由厂家配备，已经标记好了相应的间距，如图所示。实验中选择不同间距的双缝进行测量时，只需要直接读出相应的间距d即可。实验装置中配备了刻度尺，如图所示。实验中双缝到屏的距离l可由装置配备的刻度尺读出。测量条纹间距∆x是利用装置中目镜所在的测量头实现的。测量头的示意图如图所示，主要由分划板、目镜和手轮等构成。测量头上手轮的读数可按螺旋测微器或游标卡尺的读数方法读取。实验时，转动手轮，先使分划板中心刻线对准左端某条亮条纹中心（记为第1条），读出此时手轮的读数x1；然后转动手轮使中心刻线向右移动，当分划板中心刻线对准第n条亮条纹中心时，读出此时手轮的读数x2。则条纹间距子问题1：实验装置中为什么要使用透镜？如何使用透镜？答：装置中使用的光源为灯泡，使用透镜为了让灯泡发出的光能够更好的集中到单缝上，这样才能在后面的目镜中观察到更加清晰的干涉条纹。实验中使用透镜的方法如下：让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高。灯丝与单缝之间的距离约为

25cm。点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像（若像不在单缝中心，需要上下调节透镜）；然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像（若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡）；反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心；最后把透镜固定在离灯丝约5cm的地方。子问题2：实验装置中为什么要让光先通过单缝，再通过双缝？答：如图所示，在《4.3光的干涉》的学习中，在解释杨氏双缝干涉实验中是如何得到相干光时提到：根据惠更斯原理，光源发出的光到达S0时，S0就成了一个能发出次波的波源。从次波源发出的光传播到S1和S2，由于S1和S2靠得很近且与S0的距离相等，因此S1和S2位于从S0发出的球面波的同一个波面上，因此到达S1和S2处的光波不仅频率相同、振动方向相同，而且相位差恒为零，因此S1和S2成为了两个相干的次波源。因此实验中让光先通过单缝再通过双缝的目的是为了得到频率相同、振动方向相同、且相位差恒定的相干光源。子问题3：实验中如何使用滤光片将白光变成单色光？答：实验装置中灯泡发出的白光是复色光，由多种单色光复合而成。直接利用灯泡发出的白光观察到的干涉条纹是如图所示的彩色条纹，中央亮条纹是白色的，其余各级亮条纹都是彩色的。彩色条纹的排列以中央亮条纹为中心左右对称。在第一级亮条纹中，红色在最外侧。为了测量单色光的波长，实验装置中配备了如图所示的红色和绿色滤光片。红色滤光片（或者滤色片）只允许红光通过，绿色滤光片只允许绿光通过。将滤光片可以安装在单缝前面就将复色光变成了单色光。子问题4：实验时为什么要通过测量多条条纹之间的距离来测量条纹间距∆x？答：如图所示，实验中通过调节手轮使分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐时，凭借眼睛的观察做出判断有很大的主观性和偶然性，由于条纹间距∆x很小，直接测量造成的相对误差较大。因此测量多条条纹之间的距离后再进行平均求得条纹间距可以减小上述原因引起的误差。

这种通过累积的方法测量微小量从而减小误差的方法在高中物理实验中不止一次出现。比如如图所示，在《2.5

利用单摆测量重力加速度》中我们通过测量单摆做n次全振动的时间t得到单摆的周期T=t/n。子问题5：为了减小测量误差，实验中还可以进行哪些操作？答：多次测量取平均值是常见的减小测量中偶然误差的方法。本实验可以通过改变双缝间距d和双缝到屏的距离l，多次得到某种单色光的波长λ，然后对其取平均即可得到该种单色光的波长。问题3：利用双缝干涉测量光的波长的实验还可以如何改进？答：上面的实验装置中为了观察到干涉图样需要让灯泡发出的光在通过双缝前先通过透镜和单缝，因此需要调节各光学元件中心使它们都大致位于遮光筒的轴线上。如图所示的激光会聚性高、相干性好（在本章的第6节课中再详细介绍原因），若使用使用激光作为光源，可直接让激光照射双缝（不再需要透镜和单缝）后成像在屏上，然后测量双缝到屏的距离l和条纹间距∆x来测量光的波长。（安全提示：激光对人眼会造成很大伤害，请在确保安全的情况下进行实验。）如图所