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第五节 实验：用双缝干涉测量光的波长
第四章 光及其应用
1.掌握用双缝干涉测量光的波长的原理和方法。
2.观察不同单色光的双缝干涉图样。
3.掌握螺旋测微器的读数方法。
4.会用公式Δx＝λ进行数据处理求光的波长。
学习目标
目 录
CONTENTS
实验基础梳理
01
精典探究分析
02
实验能力自测
03
一、实验目的
二、实验原理
2.干涉图样的获得：光源发出的光经滤光片成为______光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝后产生______的干涉图样，通过屏可以观察到__________的干涉条纹，如果用白光通过双缝可以观察到______条纹。
单色
稳定
明暗相间
彩色
4.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。
(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(如图)，记下此时手轮上的读数x1。
测量头
分划板
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xn。
三、实验器材
双缝干涉仪，即光具座、光源、透镜、________、单缝、双缝、遮光管、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源，导线、刻度尺。
滤光片
四、实验步骤
1.将光源、透镜、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示
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，中心大致位于遮光管的轴线上，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，不要随便拆解遮光管、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管的中心轴线上，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、遮光管不共轴线所致；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。
【思考】 观察如图所示实验装置，思考下列问题。
(1)双缝干涉相邻亮条纹的间距和光的波长有怎样的关系？
(2)测量波长需要知道哪些量？可用什么器材测量？
(3)怎样增大(或减小)亮条纹的宽度？
精典探究分析
2
探究二 数据处理与误差分析
探究一 实验原理与操作
探究一 实验原理与操作
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，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以测量红光的波长。
(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。
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光管左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光管的轴线把屏照亮；
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管的轴线上；
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 _________________________________________________________________。
答案 (1)E D B (2)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 (1)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排列顺序为C、E、D、B、A。
(2)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管的轴线上。
训练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，用以测量光的波长。
甲
(1)实验中器材调节完成后发现干涉条纹明亮，但图像模糊不清晰，则必须________。
A.用手转动D(单缝)，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
B.用手转动H(测量头)，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
C.用手左右转动G(拨杆)，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
D.用手上下移动G(拨杆)，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
(2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划线未对齐，如图乙所示。若要使两者对齐，该同学应如何调节________。
A.仅左右转动透镜
B.仅旋转单缝
C.仅旋转双缝
D.仅旋转测量头
乙
(3)某同学在实验时得到了如图丙所示清晰的条纹，他________直接进行测量，并根据公式算出波长。
丙
A.能 B.不能
答案 (1)C (2)D (3)A
解析 (1)观察到条纹模糊，可能是单缝与双缝不平行，可以调节拨杆左右移动，使单缝与双缝平行，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止，故C正确，A、B、D错误。
(2)发现里面的亮条纹与分划线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头，D正确。
(3)测量头中的分划线与干涉条纹平行，所以可以直接进行测量，故A正确。
例2 用双缝干涉实验测量光的波长的实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离L1＝60 mm，双缝与光屏的距离L2＝700 mm，单缝宽d1＝0.10 mm，双缝间距d2＝0.25 mm。
探究二 数据处理与误差分析
(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，手轮上的读数如图乙所示，则对准第1条时读数x1＝________ mm，对准第4条时读数x2＝________ mm，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________ mm。
(2)计算波长的公式λ＝________(用已知量的字母表示)，求得的波长是________ nm(保留3位有效数字)。
(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，最终波长测量值__________实际值(填“大于”“小于”或“等于”)。
丙
解析 (1)对准第1条亮条纹时固定刻度读数为2 mm,可动刻度读数为0.01 mm×
19.0＝0.190 mm，所以最终读数为2.190 mm。对准第4条亮条纹时固定刻度读数为7.5 mm，可动读数为0.01 mm×36.9＝0.369 mm，所以最终读数为7.869 mm。
训练2 某实验小组利用如图甲所示的装置完成“用双缝干涉测量光的波长”实验，双缝之间的距离d＝0.20 mm，双缝到光屏间的距离l＝70 cm。
(1)实验时观察到干涉条纹比较模糊，
要使条纹变得清晰，以下做法正确
的是________。
A.旋转测量头
B.移动光源
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
D.左右转动透镜
(2)正确调节后，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐亮条纹的中心，分划板在图乙中A、B位置时游标卡尺读数如图丙所示。
①在图丙中A位置时游标卡尺的读数为xA＝________mm，在B位置时游标卡尺的读数为xB＝________mm。
②相邻两条亮条纹间距Δx＝________mm。
③根据以上数据可得出光的波长λ＝________m(保留2位有效数字)。
答案 (1)C (2)①10.10 19.25
②1.525 ③4.4×10－7
解析 (1)若单缝与双缝不平行，则单
缝上不同点发出的光在通过双缝后形
成的干涉条纹将不在相应的位置重合，造成干涉条纹模糊，所以应调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C。
(2)①在A位置时游标卡尺的读数为xA＝1 cm＋0.05 mm×2＝10.10 mm
在B位置时游标卡尺读数为xB＝1.9 cm＋0.05 mm×5＝19.25 mm
②A位置和B位置之间的间距为
x＝xB－xA＝9.15 mm
实验能力自测
3
1.某同学利用如图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)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
(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＝________。
2.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图)，单缝保持竖直方向，并选用双缝间距为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。
(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，则这种色光的波长表达式为λ＝________(用题中所给字母表示)。
解析 (1)根据实验要求，光应
该先通过单缝再通过双缝，故
A正确；两者之间应该是平行
关系，故D正确。
(2)根据双缝干涉条纹间距公式可知，在其他条件不变的情况下，将红色滤光片换成绿色滤光片，会使得入射光的波长变短，故会导致形成的条纹间距变窄，但是条纹依然是竖条纹。故A、C正确。
3.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，使得从目镜中可以清晰地观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想使目镜中观察到的条纹的宽
度增大，则应该________(填选项前
的字母)。
A.将白炽灯向靠近双缝的方向移动
B.将滤光片向远离双缝的方向移动
C.将双缝向远离毛玻璃屏的方向移动
D.将目镜向靠近毛玻璃屏的方向移动
(2)下列现象中能够观察到的有_______
(填选项前的字母)。
A.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉
条纹间距变窄
B.去掉滤光片后，干涉现象消失
C.换一个缝宽较大的单缝片，干涉条纹间距变宽
D.换一个两缝间距较大的双缝片，干涉条纹间距变窄
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.400 mm，测得屏与双缝间的距离为1.60 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为8.56 mm，则所测单色光的波长为________ m(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)C (2)D (3)7.13×10－7
(3)由第1条暗条纹到第4条暗条纹之间
的距离为8.56 mm，
4.在“用双缝干涉测光的波长”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d＝0.20 mm的双缝屏，从仪器注明规格可知，像屏与双缝屏间的距离l＝700 mm，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，游标尺上有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纹的编号，此时图乙(b)中游标卡尺的读数x1＝1.16 mm；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)中游标卡尺的读数x2＝________ mm。
甲
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________ mm；这种色光的波长λ＝________ nm。
甲
(3)图丁为拨杆，请问它是按照下列哪
种方式安装和操作的________。
丁
A.拨杆A处丫字叉套在单缝所在处的支柱并为轴，手持拨
杆的C端，通过左右拨动来调节B处小孔套住的双缝
B.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴，手持拨杆的C端，通过手的左右拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
C.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴，手持拨杆的C端，通过手的上下拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
答案 (1)15.02 (2)2.31 660 (3)B
解析 (1)图丙(b)中，游标卡尺的主尺读数为15 mm，游标尺读数为1×0.02 mm＝0.02 mm，所以最终读数为x2＝15.02 mm。
甲
甲
甲
甲
5.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：
(1)某同学先将光源靠近遮光管的双缝端并等高放置，然后在管的另外一侧观察，发现管的上壁照得很亮，此时他应将遮光管的观察端向________(选填“上”或“下”)调节。
(2)某次测量如图所示，则读数为________mm。
答案 (1)上 (2)5.007 (3)BD
解析 (1)发现管的上壁照得很亮说明光线向上，即观察端偏下，所以应将观察端向上调节。
(2)螺旋测微器的固定刻度为5 mm，可动刻度为0.7×0.01 mm＝0.007 mm，所以最终读数为5 mm＋0.007 mm＝5.007 mm。第五节 实验:用双缝干涉测量光的波长
(分值:30分)
温馨提示:此系列题卡,非选择题每空2分,分值不同题空另行标注
1.(4分)某同学利用如图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)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
(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= 。
2.(6分)在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图),单缝保持竖直方向,并选用双缝间距为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。
(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,则这种色光的波长表达式为λ= (用题中所给字母表示)。
3.(6分)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,使得从目镜中可以清晰地观察到干涉条纹。回答下列问题:
(1)若想使目镜中观察到的条纹的宽度增大,则应该 (填选项前的字母)。
A.将白炽灯向靠近双缝的方向移动
B.将滤光片向远离双缝的方向移动
C.将双缝向远离毛玻璃屏的方向移动
D.将目镜向靠近毛玻璃屏的方向移动
(2)下列现象中能够观察到的有 (填选项前的字母)。
A.将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变窄
B.去掉滤光片后,干涉现象消失
C.换一个缝宽较大的单缝片,干涉条纹间距变宽
D.换一个两缝间距较大的双缝片,干涉条纹间距变窄
(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.400 mm,测得屏与双缝间的距离为1.60 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为8.56 mm,则所测单色光的波长为 m(结果保留3位有效数字)。
4.(8分)在“用双缝干涉测光的波长”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d=0.20 mm的双缝屏,从仪器注明规格可知,像屏与双缝屏间的距离l=700 mm,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,游标尺上有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纹的编号,此时图乙(b)中游标卡尺的读数x1=1.16 mm;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)中游标卡尺的读数x2= mm。
(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx= mm;这种色光的波长λ= nm。
(3)图丁为拨杆,请问它是按照下列哪种方式安装和操作的 。
丁
A.拨杆A处丫字叉套在单缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过左右拨动来调节B处小孔套住的双缝
B.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的左右拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
C.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的上下拨动来调节A处丫字叉套住的单缝
5.(6分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中:
(1)某同学先将光源靠近遮光管的双缝端并等高放置,然后在管的另外一侧观察,发现管的上壁照得很亮,此时他应将遮光管的观察端向 (选填“上”或“下”)调节。
(2)某次测量如图所示,则读数为 mm。
(3)几位同学实验时,有的用距离为0.1 mm的双缝,有的用距离为0.2 mm的双缝;同时他们还分别用红、紫两种不同颜色的滤光片遮住光源进行了观察,下列各图选自他们的观察记录,其中正确反映实验结果的是 (已知红光波长大于紫光的波长)。
第五节 实验:用双缝干涉测量光的波长
1.(1)B (2)
解析 (1)相邻明(暗)干涉条纹的间距Δx=λ,要增加观察到的条纹个数,即减小Δx,需增大d或减小l,因此应将屏向靠近双缝的方向移动,选项B正确。
(2)第1条到第n条暗条纹间的距离为Δx,则相邻暗条纹间的距离Δx'=,又Δx'=λ,解得λ=。
2.(1)AD (2)AC (3)Δx
解析 (1)根据实验要求,光应该先通过单缝再通过双缝,故A正确;两者之间应该是平行关系,故D正确。
(2)根据双缝干涉条纹间距公式可知,在其他条件不变的情况下,将红色滤光片换成绿色滤光片,会使得入射光的波长变短,故会导致形成的条纹间距变窄,但是条纹依然是竖条纹。故A、C正确。
(3)根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,可以推导出色光的波长λ=Δx。
3.(1)C (2)D (3)7.13×10-7
解析 (1)根据Δx=λ,知若想增加条纹宽度,可以增加屏到双缝的距离l,可以减小双缝间的距离d,也可以增加波长λ,故选C。
(2)根据Δx=λ,将滤光片由蓝色的换成红色的,波长λ变大,干涉条纹间距变宽,换一个两缝间距较大的双缝片,干涉条纹间距变窄,A错误,D正确;去掉滤光片后,将出现彩色干涉条纹,B错误;换一个缝宽较大的单缝片,干涉条纹间距不变,C错误。
(3)由第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为8.56 mm,可知Δx=,根据Δx=λ,可得λ= m=7.13×10-7 m。
4.(1)15.02 (2)2.31 660 (3)B
解析 (1)图丙(b)中,游标卡尺的主尺读数为15 mm,游标尺读数为1×0.02 mm=0.02 mm,所以最终读数为x2=15.02 mm。
(2)两个相邻明纹(或暗纹)间的距离为
Δx= mm=2.31 mm
根据Δx=λ
得λ= m=6.6×10-7 m=660 nm。
(3)由实验操作步骤可知,拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴,手持拨杆的C端,通过手的左右拨动来调节A处丫字叉套住的单缝,故B正确。
5.(1)上 (2)5.007 (3)BD
解析 (1)发现管的上壁照得很亮说明光线向上,即观察端偏下,所以应将观察端向上调节。
(2)螺旋测微器的固定刻度为5 mm,可动刻度为0.7×0.01 mm=0.007 mm,所以最终读数为5 mm+0.007 mm=5.007 mm。
(3)根据Δx=可知,当红光分别通过距离为0.1 mm 和0.2 mm的双缝时,双缝间距离越大的条纹间的距离越小,故B正确;同理,当红光和紫光通过相同距离的双缝时,即l、d相同情况下,波长越长的条纹间的距离越大,故D正确。第五节 实验:用双缝干涉测量光的波长
学习目标 1.掌握用双缝干涉测量光的波长的原理和方法。2.观察不同单色光的双缝干涉图样。3.掌握螺旋测微器的读数方法。4.会用公式Δx=λ进行数据处理求光的波长。
一、实验目的
1.理解双缝干涉的原理,能安装和调试仪器。
2.掌握条纹间距的计算公式Δx=λ。
3.观察双缝干涉图样,掌握实验方法。
二、实验原理
1.相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系:
Δx= 。
2.干涉图样的获得:光源发出的光经滤光片成为 光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝后产生 的干涉图样,通过屏可以观察到 的干涉条纹,如果用白光通过双缝可以观察到 条纹。
3.光的波长的测定:若双缝到屏的距离用l表示,双缝间的距离用d表示,相邻两条亮条纹间的距离用Δx表示,则入射光的波长为λ=。实验中d是已知的,测出l 、Δx即可计算出光的波长λ。
4.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。
(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(如图),记下此时手轮上的读数x1。
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xn。
③相邻两条亮条纹间的距离Δx= 。
三、实验器材
双缝干涉仪,即光具座、光源、透镜、 、单缝、双缝、遮光管、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源,导线、刻度尺。
四、实验步骤
1.将光源、透镜、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示
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,中心大致位于遮光管的轴线上,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,不要随便拆解遮光管、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管的中心轴线上,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、遮光管不共轴线所致;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。
思考 观察如图所示实验装置,思考下列问题。
(1)双缝干涉相邻亮条纹的间距和光的波长有怎样的关系
(2)测量波长需要知道哪些量 可用什么器材测量
(3)怎样增大(或减小)亮条纹的宽度
探究一 实验原理与操作
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,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置,用以测量红光的波长。
(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。
(2)本实验的步骤有:
①取下遮光管左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光管的轴线把屏照亮;
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管的轴线上;
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 ____________________。
训练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,用以测量光的波长。
甲
(1)实验中器材调节完成后发现干涉条纹明亮,但图像模糊不清晰,则必须 。
A.用手转动D(单缝),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
B.用手转动H(测量头),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
C.用手左右转动G(拨杆),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
D.用手上下移动G(拨杆),眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
(2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的亮条纹与分划线未对齐,如图乙所示。若要使两者对齐,该同学应如何调节 。
乙
A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝
C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头
(3)某同学在实验时得到了如图丙所示清晰的条纹,他 直接进行测量,并根据公式算出波长。
丙
A.能 B.不能
探究二 数据处理与误差分析
例2 用双缝干涉实验测量光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离L1=60 mm,双缝与光屏的距离L2=700 mm,单缝宽d1=0.10 mm,双缝间距d2=0.25 mm。
(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,手轮上的读数如图乙所示,则对准第1条时读数x1= mm,对准第4条时读数x2= mm,相邻两条亮条纹间的距离Δx= mm。
(2)计算波长的公式λ= (用已知量的字母表示),求得的波长是 nm(保留3位有效数字)。
(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,最终波长测量值 实际值(填“大于”“小于”或“等于”)。
丙
数据测量及计算要求
光波波长很小,Δx、l的测量对波长λ的影响很大。l用刻度尺测量,Δx利用测量头测量。测量时要注意四个问题:
(1)分划板中心刻线应与条纹中心对齐。
(2)测量头的读数要和螺旋测微器或游标卡尺的读数联系起来。
(3)为了减小测量误差,应测多条亮条纹间距,注意n个亮条纹实际上包含了(n-1)个亮条纹间距,故Δx=。
(4)Δx、l都应测量多组数据,最后求出其平均值。
训练2 某实验小组利用如图甲所示的装置完成“用双缝干涉测量光的波长”实验,双缝之间的距离d=0.20 mm,双缝到光屏间的距离l=70 cm。
(1)实验时观察到干涉条纹比较模糊,要使条纹变得清晰,以下做法正确的是 。
A.旋转测量头
B.移动光源
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
D.左右转动透镜
(2)正确调节后,转动测量头的手轮,使分划板的中心刻线对齐亮条纹的中心,分划板在图乙中A、B位置时游标卡尺读数如图丙所示。
①在图丙中A位置时游标卡尺的读数为xA= mm,在B位置时游标卡尺的读数为xB= mm。
②相邻两条亮条纹间距Δx= mm。
③根据以上数据可得出光的波长λ= m(保留2位有效数字)。
第五节 实验:用双缝干涉测量光的波长
实验基础梳理
二、1.λ 2.单色 稳定 明暗相间 彩色
4.测量头 (1)分划板 (2)③
三、滤光片
[思考] 提示 (1)Δx=λ。
(2)相邻亮条纹间距Δx用测量头测出;双缝到屏的距离l用刻度尺测出;双缝间距d从仪器中读出。
(3)调整l和d的大小,可以改变亮条纹的宽度。
精典探究分析
探究一
例1 (1)E D B (2)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 (1)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排列顺序为C、E、D、B、A。
(2)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管的轴线上。
训练1 (1)C (2)D (3)A
解析 (1)观察到条纹模糊,可能是单缝与双缝不平行,可以调节拨杆左右移动,使单缝与双缝平行,眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止,故C正确,A、B、D错误。
(2)发现里面的亮条纹与分划线未对齐,若要使两者对齐,该同学应调节测量头,D正确。
(3)测量头中的分划线与干涉条纹平行,所以可以直接进行测量,故A正确。
探究二
例2 (1)2.190 7.869 1.893 (2)Δx 676 (3)大于
解析 (1)对准第1条亮条纹时固定刻度读数为2 mm,可动刻度读数为0.01 mm×19.0=0.190 mm,所以最终读数为2.190 mm。对准第4条亮条纹时固定刻度读数为7.5 mm,可动读数为0.01 mm×36.9=0.369 mm,所以最终读数为7.869 mm。
相邻两条亮条纹间的距离Δx= mm=1.893 mm。
(2)根据Δx=λ,可得λ=Δx,代入数据得λ=676 nm。
(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,如题图丙所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,条纹间距Δx的测量值偏大,根据Δx=λ可知,最终波长测量值大于实际值。
训练2 (1)C (2)①10.10 19.25 ②1.525 ③4.4×10-7
解析 (1)若单缝与双缝不平行,则单缝上不同点发出的光在通过双缝后形成的干涉条纹将不在相应的位置重合,造成干涉条纹模糊,所以应调节拨杆使单缝与双缝平行,故选C。
(2)①在A位置时游标卡尺的读数为
xA=1 cm+0.05 mm×2=10.10 mm
在B位置时游标卡尺读数为
xB=1.9 cm+0.05 mm×5=19.25 mm
②A位置和B位置之间的间距为x=xB-xA=9.15 mm
A、B之间(包括A、B位置)有7条亮条纹,故相邻两条亮条纹之间的间距为Δx==1.525 mm
③根据公式Δx=λ,可知所测光的波长为
λ=m≈4.4×10-7m。
