4.4实验：用双缝干涉测量光的波长 课件-2022-2023学年 高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

第节4用双缝干涉测量光的波长高中物理选择性必修第一册第四章1.会根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，确定测量光的波长的实验思路。2.能设计实验方案正确操作实验器材，得到明显的干涉条纹。3.知道两种测量头的操作和读数规则，并获得数据。4.对测量数据进行整理，得到波长的测量值。学习目标

二、实验思路如图所示为双缝干涉实验装置示意图。光源发出的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由公式计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。三、物理量的测量根据可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离

（双缝间的距离d

已知）。具体操作如下。

l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。的测量：相邻两条亮条纹间的距离需用测量头测出。测量头通常有两种（如图所示），但都由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐（如图所示），记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离。分划板中心刻线为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离。第1条亮纹的示数第n条亮纹的示数四、进行实验如图，实验前先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。然后放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样（如图所示）。蓝光双缝间距0.36mm红光双缝间距0.36mm红光双缝间距0.18mm测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。五、数据分析设计表格记录实验数据。d是已知的，l和n条亮条纹间的距离a

是直接测量值。由可以求出相邻两个亮条纹间的距离。最后，根据算出波长。五、误差分析实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意L和Δx的测量．光波的波长很小，L、Δx的测量对波长的影响很大．（1）L的测量：L用毫米刻度尺测量，如果可能，可多次测量求平均值．（2）条纹间距Δx的测定：Δx利用测量头测量．可利用“累积法”测n条亮纹间距，再求

，并且采用多次测量求Δx平均值的方法进一步减小误差．六、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．当堂检测1.某同学利用如图甲所示装置测量光的波长。

（1）将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数为3.730mm，转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则图乙读数为

mm，已知双缝间距d=0.3mm，双缝到光屏的距离L=600mm，由以上数据得这种光的波长λ=

nm。（2）以下操作，能使条纹间距变大的是

。A.将滤光片由红色换成蓝色 B.增大单缝到双缝的距离C.增大双缝到光屏的距离 D.换一个间距较大的双缝甲乙C10.330660

解析：（1）螺旋测微器的精确度为0.01mm，通过格数的估读到0.001mm，则读数为10mm+33.0×0.01mm=10.330mm。相邻亮纹的距离为Δx=

=

=1.32mm。根据Δx=

可得：λ=

=

=660nm。（2）根据双缝干涉的间距公式Δx=

分析：A错：红色换成蓝色，波长λ变短，则条纹间距变小。B错：增大单缝到双缝的距离，不能改变间距，故Δx不变。C对：增大双缝到光屏的距离l，则Δx变大。D错：换一个间距较大的双缝，即d增大，故Δx变小。2.利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d=0.4mm，双缝到光屏的距离l=0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图

甲所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图乙、丙所示，则：

甲

乙

丙（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA=

mm，xB=

mm，相邻两条纹间距Δx=

mm；（2）波长的表达式λ=

（用Δx、l、d表示），该单色光的波长λ=

m；（3）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将

（选填“变大”“不变”或“变小”）。变小

0.7811.115.86.2×10-7

解析：解析：（1）由题图知xA=11.1mm，xB=15.8mm，Δx=≈0.78mm。（2）由Δx=得λ==≈6.2×10-7m。（3）从可知，波长越长的光，干涉条纹间距越大，根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长越短，所以干涉条纹间距越小。3.现有毛玻璃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，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。（1）将白光光源C放在光具座的最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_____、A。（2）实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒的轴线把屏照亮；②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；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头测量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间的距离约为5~10cm和

。【解析】（1）为获取单色线光源，白光光源后面要有滤光片、单缝、双缝，即为E、D、B；（2）在操作步骤②时还应注意使单缝与双缝相互平行，使一个线光源变为频率相等的两个线光源。E、D、B使单缝与双缝相互平行4.在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图甲所示）：（1）下列说法中错误的是_________。A.调节光源高度使光束沿筒的轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B.测量某干涉亮纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减小测量误差，可测出n个亮纹间的距离a，求出相邻两亮纹间的距离Δx=（2）测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图乙，其示数为_________mm。解析：（1）在不放置单缝和双缝时才能