高中物理选修1步步高同步讲义第四章 4　实验：用双缝干涉测量光的波长

DISIZHANG第四章4实验：用双缝干涉测量光的波长

学习目标1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理(重点)。2.学会安装实验器材，并能进行正确的实验操作测量光的波长(重难点)。一、实验思路1.实验原理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，可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝

Δx计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。2.物理量的测量(双缝间的距离d已知)(1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。(2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx需用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。二、实验装置1.实验装置如图所示2.实验器材光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃、测量头。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。三、进行实验1.将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上。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遮光筒的轴线到达光屏。4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10cm，这时可观察白光的双缝干涉条纹。5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。6.测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx。7.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。四、数据分析1.安装

，调节至可清晰观察到干涉条纹。如图所示。2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，则相邻两亮条纹间距Δx＝________。3.用

测量双缝到屏间的距离l(d是已知的)。4.重复测量、计算，求出波长的平均值。测量头刻度尺五、误差分析1.误差来源由于光波的波长很小，双缝到光屏的距离l和条纹间距Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本实验误差的主要来源。2.减少误差的方法(1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。六、注意事项1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。3.安装时，注意调节光源、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、双缝平行且与遮光筒的中心轴线垂直，间距大约5～10cm。4.常见问题的成因：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、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。5.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心。6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。(2022·西南大学附中高二期中)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光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜(目镜)，如图所示。(1)M、N、P三个光学元件依次为_____。A.滤光片、单缝、双缝

B.双缝、滤光片、单缝C.单缝、双缝、滤光片

D.滤光片、双缝、单缝例1A双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让白炽灯灯光通过滤光片形成单色光，再经过单缝形成线光源，再通过双缝形成相干光源。故M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，故选A。(2)如图所示，测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上。如果想使中心刻线与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是______。A.仅转动透镜

B.仅转动遮光筒C.仅转动手轮

D.仅转动测量头D分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，应转动测量头使其方向一致，故选D。(3)关于该实验，下列说法正确的是______。A.若将滤光片向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮条纹中心的距离

增大B.若将双缝间的距离d减小，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大C.若将滤光片由绿色换成红色，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大D.为了减小测量误差，可用测微目镜测出n条亮条纹间的距离a，则相邻

两条亮条纹间距为Δx＝BC将滤光片由绿色换成红色，可知波长变大，则光屏上相邻两条暗条纹间的距离增大，C正确；(2021·浙江6月选考)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置.实验中：针对训练1(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是______。(单选)A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行C若粗调后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，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C。(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是______。(单选)A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离D(2023·天津市滨海区月考)用双缝干涉测量光的波长。实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离L1＝100mm，双缝与屏的距离L2＝700mm，双缝间距d＝0.25mm。用测量头来测量亮条纹中心间的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数。例2(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190mm、对准第4条时读数x2＝________mm；7.870分划板中心刻线对准第4条亮条纹中心时，读数x2＝7.5mm＋37.0×0.01mm＝7.870mm(2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝____nm；(保留三位有效数字)675(3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是_____。A.改用波长较短的光(如紫光)作入射光B.增大双缝到屏的距离C.减小双缝间距BC

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)，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。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.可观察到水平方向的干涉条纹B.可观察到竖直方向的干涉条纹C.看不到干涉现象针对训练2B将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，在毛玻璃屏上可观察到竖直方向的干涉条纹，故B正确，A、C错误。(2)若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中____；A.观察不到干涉条纹B.可观察到明暗相间的白条纹C.可观察到彩色条纹C若取下红色滤光片，在毛玻璃屏上观察到的是白光(复色光)的干涉条纹，因此观察到的是彩色条纹，故C正确，A、B错误。(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＝________。分划板刻线在某条亮条纹位置时游标卡尺如图丙所示，则其读数为________mm；31.20游标卡尺读数为31mm＋4×0.05mm＝31.20mm。(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，测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。大于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，条纹间距测量值将偏大。(2022·湖南师大附中高二期末)用光传感器进行双缝干涉的实验，如图甲所示是实验装置图。(1)下列关于本实验的操作与叙述正确的是_____。A.干涉图像中，相邻两个波峰之间的距离即相邻两条

亮条纹中心的间距B.双缝挡板不动，下移光源，使之更靠近刻有双缝的

挡板，则干涉条纹间距减小C.光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，则干涉条纹间距不变D.减小双缝间距，干涉条纹间距也减小例3A相邻两个波峰之间的距离即相邻两条亮条纹中心的间距，A正确；(2)在不改变双缝的间距和双缝到光传感器的距离的前提下，用红光和绿光做了两次实验，下图中的乙、丙分别对应这两次实验得到的干涉图像，红光的图像是_____(填“乙”或“丙”)。丙课时对点练1.(多选)(2022·天津实验中学月考)利用如图所示的实验装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法正确的有12345A.实验装置中的①②③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√√6712345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；6712345测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致Δx变小，则波长测量值偏小，故D错误。672.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图)，下列说法正确的是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n条亮条纹间的距离a，求出相邻

两条亮条纹间距Δx＝D.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

法是改用蓝光作为入射光12345√√6712345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；6712345673.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，备有下列仪器：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)。12345ADCBE67(2)已知双缝到光屏之间的距离l＝500mm，双缝之间的距离d＝0.50mm，单缝到双缝之间的距离s＝100mm，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B亮条纹的中心，如图甲，前后两次游标卡尺的读数如图乙所示。则入射光的波长λ＝___________m(结果保留2位有效数字)。123456.4×10－76712345A位置读数为x1＝11mm＋0.1mm＝11.1mmB位置读数为x2＝15mm＋6×0.1mm＝15.6mm则相邻条纹间距674.(2022·莆田市期末)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将所用器材按要求安装在如图所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。12345(1)某同学调节完实验装置并观察了实验现象后，总结出以下几点，你认为正确的是_____。A.干涉条纹与双缝垂直B.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关C.干涉条纹的疏密程度与光的波长有关C6712345实验中所得到的干涉条纹与双缝平行，故A错误；6712345(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第2条亮条纹中心与第6条亮条纹中心之间的距离为x，则该单色光的波长λ＝______。675.(2019·全国卷Ⅱ)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：12345(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B67123456712345(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＝________。6712345630(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)。将已知条件代入公式解得λ＝630nm。67123456.(2022·杭州市长征中学期中)用普通小灯泡作为光源完成“用双缝干涉测量光的波长”实验，首先将实验仪器按图甲所示的方式安装在光具座上。(1)下列做法，有助于减小实验误差的是______；A.将单缝拆下B.将单缝与双缝的位置互换C.增大单缝与双缝间的距离D.一次测出多条亮条纹间的距离，

再算出相邻亮条纹的间距D6712345将单缝拆下或将单缝与双缝的位置互换，则无法获得干涉图样，实验无法完成，故A、B错误；增大单缝与双缝间的距离，对实验结果没有影响，故C错误；一次测出多条亮条纹间的距离，再算出相邻亮条纹的间距，这样有助于减小实验误差，故D正确。6712345(2)某同学选用红色滤光片进行测量，使测量头分划板中心刻线与某一亮条纹A的中心对齐，此时测量头上的游标卡尺如图乙所示(图乙为50分度游标卡尺)，其读数x1＝________mm。然后转动手轮，使分划板中心刻线与另一亮条纹B的中心对齐，此时游标卡尺的读数为x2(x2>x1)，已知亮条纹A、B间还有4条亮条纹，则相邻亮条纹的间距为________(用x1和x2表示)；10.3667123456712345(3)若相邻亮条纹的间距记为Δx，双缝间距、屏与双缝间的距离分别记为d和l，则测量得到的单色光波长λ＝________(用Δx、d和l表示)。67123457.洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中