第四章　光 4 实验：用双缝干涉测量光的波长（52张PPT）

(共52张PPT)
4　实验：用双缝干涉测量光的波长
第四章　光
【学习目标】
1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理.
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.
【内容索引】
精析典题
提升能力
随堂演练
逐点落实
课时
对点练
明确原理
提炼方法
MINGQUEYUANLI　
TI
LIAN
FANG
FA
明确原理　提炼方法
1
一、实验器材
图1所示为双缝干涉仪，包括光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头.另外，还有学生电源、导线、刻度尺等.
图1
二、实验思路
光源发出的光经滤光片(装在单缝前)、单缝、双缝后在双缝右边的空间
发生干涉.可以在毛玻璃屏上观察到干涉条纹，并由λ＝
计算出波长.
三、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　　　测出.
2.Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx用　　　测出.
(1)测量头的构成：　　　、目镜、手轮等.
刻度尺
测量头
分划板
(2)使用：
①使分划板的中心刻线与某一条亮条纹的中心对齐(图2)，记下此时手轮上的读数a1.
②转动测量头.使分划板中心刻线与第n条亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数a2.
图2
③相邻两条亮条纹间的距离Δx＝　　　　.
四、实验步骤
1.将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示.
图3
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，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10
cm，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.
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.
五、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、双缝平行且竖直，间距大约5～10
cm.
4.调节的基本依据：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.
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JING
XI
DIAN
TI　
TISHENGNENGLI
精析典题　提升能力
2
例1　现有毛玻璃屏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4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.
一、实验原理与操作
图4
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、____、____、____、A.
E
D
B
解析　滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以表示各光学元件的字母从左到右排列顺序为：C、E、D、B、A.
(2)本实验的步骤有：
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用刻度尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意_______________________________和________
_________________.
放置单缝、双缝时，必须使缝平行
单缝、双
缝间的距离要适当
解析　在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心位于遮光筒的轴线上.
例2　在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图5)，下列说法正确的是
图5
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
√
解析　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；
n条亮条纹之间有n－1个间距，相邻两条亮条纹的间距Δx＝　　　，故C错误；
某同学用黄光作为入射光，根据Δx＝　λ可知，为了增大干涉条纹的间距，应采用波长大于黄光的红光或橙光，不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光，故D错误.
二、实验数据的处理
例3　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)
ADCBE
(2)已知双缝到光屏之间的距离l＝500
mm，双缝之间的距离d＝0.50
mm，单缝到双缝之间的距离s＝100
mm，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，前后两次游标卡尺的读数如图6所示.则入射光的波长λ＝__________m(结果保留两位有效数字).
6.4×10－7
图6
解析　游标卡尺读数精确度为0.1
mm，
A位置主尺读数为11
mm，
游标尺读数为1×0.1
mm＝0.1
mm，
读数为x1＝11
mm＋0.1
mm＝11.1
mm，
同理B位置读数为x2＝15.6
mm，
(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有_____.
A.改用波长较长的光(如红光)作为入射光
B.增大双缝到屏的距离
C.增大双缝到单缝的距离
D.增大双缝间距
AB
解析　由Δx＝　λ可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光、增大双缝到屏的距离或减小双缝间距，故A、B正确.
针对训练　在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，调节测量头的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，如图7所示，此时手轮的读数是______mm.转动测量头，使分划板中心刻线向一侧移动到另一条亮条纹中心位置，再读出一组数.若实验测得4条亮条纹中心间的距离Δx＝0.960
mm.已知双缝间距d＝1.5
mm，双缝到屏的距离l＝100
cm，则对应的光波的波长为λ＝__________cm.
1.180
4.8×10－5
图7
解析　根据手轮的读数规则，读数为1
mm＋18.0×0.01
mm＝1.180
mm；
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SUITANGYANLIAN　
ZHUDIANLUOSHI
随堂演练　逐点落实
3
1.(2021·天津实验中学月考)利用如图8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
1
2
A.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，干涉条纹间距变窄
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
图8
√
解析　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；
将滤光片由紫色换成红色，波长λ变长，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝
λ知，条纹间距Δx增大，故B错误；
将单缝向双缝移动一小段距离后，由Δx＝
λ可知，Δx与此距离无关，故干涉条纹间距不变，故C错误；
测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致Δx测量值偏小，则波长测量值偏小，故D错误.
1
2
2.(2019·全国卷Ⅱ)某同学利用图9所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
2
图9
(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
B
解析　若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝
λ可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D项错误.
1
2
(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＝_______；
1
2
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300
mm，测得屏与双缝间的距离为1.20
m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56
mm.则所测单色光的波长为_____
nm(结果保留3位有效数字).
1
2
630
解析　将已知条件代入公式解得λ＝630
nm.
返回
KE
SHI
DUI
DIAN
LIAN
课时对点练
4
1.
关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验，错误的说法是
A.实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行
B.观察到的白光的干涉图样是：在视野中可以看到彩色的干涉条纹，中
　央为一条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中
　心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧
C.看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看
　到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的相邻条纹间距比绿条
　纹的相邻条纹间距大
D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数
1
2
3
4
5
6
√
2.某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于________.
A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大
B.没有安装滤光片
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
1
2
3
4
5
6
√
√
解析　安装实验器材时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功.当然还要使光源发出的光束不要太暗.综上所述，可知A、C正确.
3.如图1所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下面问题：
1
2
3
4
5
6
图1
(1)如果A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用____图样表示最合适.
C
解析　光源由红光换成紫光时，λ变小，根据公式Δx＝
λ可知，相应Δx也变小，故选C；
(2)如果将产生B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用____图样表示最合适.
1
2
3
4
5
6
D
解析　双缝距离d减小时，Δx变大，故选D；
(3)如果将产生A图样的双缝到屏的距离变小，那么得到的图样用_____图样表示最合适.
1
2
3
4
5
6
C
解析　双缝到屏的距离l变小，得到的图样的Δx变小，故选C；
(4)如果将A图样的装置从空气移入水中，那么得到的干涉图样用_____图样表示最合适.
1
2
3
4
5
6
C
解析　将装置从空气移入水中时，波长λ减小，Δx也减小，故选C.
4.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉仪按要求安装在光具座上，如图2所示，从仪器注明的规格可知，双缝间距d＝0.20
mm.现测得屏与双缝间的距离l＝60.0
cm.然后，接通电源使光源正常工作.
1
2
3
4
5
6
图2
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米(mm)，游标尺上有50个分度.某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，干涉条纹如图3所示，他将分划板上的中心刻线对准a条纹，此时游标卡尺上的读数为x1＝3.60
mm；接着再转动手轮，将分划板上的中心刻线对准b条纹，此时游标卡尺上的读数如图4所示，则x2＝________mm.
1
2
3
4
5
6
图3　　　　　　　　
图4
11.60
解析　游标卡尺的主尺读数为11
mm，游标尺读数为0.02
mm×30＝0.60
mm，所以最终读数为x2＝11.60
mm.
1
2
3
4
5
6
(2)两个相邻亮条纹(或暗条纹)间距离的表达式为Δx＝_______(用x1、x2
表示)；这种色光的波长的表达式λ＝_____(用Δx、l、d表示).利用上述测
量结果，代入数据计算可得λ＝___________m(保留三位有效数字).
1
2
3
4
5
6
6.67×10－7
代入数据解得λ≈6.67×10－7
m.
5.(2020·临沂市十八中高二月考)如图5所示是用双缝干涉测量光的波长的实验装置示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏.
1
2
3
4
5
6
图5
图6
(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6甲所示.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乙所示.则相邻两亮条纹的间距是_____
mm(结果保留三位有效数字).
1
2
3
4
5
6
图5
图6
2.07
解析　题图甲中手轮的固定刻度读数为0
mm，可动刻度读数为0.01×4.5
mm＝0.045
mm，
所以最终读数x1＝0.045
mm.
题图乙中手轮的固定刻度读数为14.5
mm，可动刻度读数为0.01×3.5
mm＝0.035
mm，
则x2＝14.535
mm.
1
2
3
4
5
6
(2)在(1)前提下，如果已经量得双缝的间距是0.30
mm，双缝和光屏之间的距离是900
mm，则待测光的波长是___________
m(结果保留三位有效数字).
1
2
3
4
5
6
6.90×10－7
6.(2020·唐山一中高二第二学期期中)在用双缝干涉测量光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题：
1
2
3
4
5
6
图7
(1)如图7(a)、(b)两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是____.
1
2
3
4
5
6
(a)
(2)将下表中的光学元件放在图(c)所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长.
1
2
3
4
5
6
元件代号
A
B
C
D
E
元件名称
光屏
双缝
白光光源
单缝
透红光的滤光片
将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为________.(填写元件代号)
EDBA
(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50
mm，双缝到光屏的距离l＝0.50
m，在光屏上得到的干涉图样如图(d)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图(e)所示，则其示数xA＝________
mm；在B位置时游标卡尺如图(f)所示，则相邻两条亮条纹间距Δx＝_____
mm.
1
2
3
4
5
6
111.15
0.60
(4)由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为______
_____
m.
1
2
3
4
5
6
6.0×
10－7
(5)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_____(填“变大”“不变”或“变小”).
1
2
3
4
5
6
变小
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