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物 理
选修3-4
·
人教版
新课标导学
第十三章
光
第四节 实验：用双缝干涉测量光的波长
【素养目标定位】
※※
掌握用双缝干涉测光的波长的原理、操作、器材、注意事项
※※
掌握测量头的读数
【素养思维脉络】
1
课内互动探究
2
课内随堂达标
课内互动探究
1．实验原理
如图所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略。两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝L
2．实验器材
光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及光具座。
3．实验步骤
(1)按照如图所示的装置安装好仪器，调整光源的位置，使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。(也可直接用双缝干涉仪)
(2)放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样。
5．注意事项
(1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行。间距大约为5～10
cm。
(2)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。
(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心。
(4)要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx。
(5)调节的基本依据：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰主要原因是单缝与双缝不平行所致。
(1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、
②__________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取_____________________________________________或______________________的方法。
滤光片
典例
1
典题例析
单缝
双缝
增加双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)
减小双缝之间的距离
(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是________(填数字代号)。
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是__________
mm。
(4)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。(取三位有效数字)
②③
1.610
5.37×10－7
1．(2020·湖北省部分重点中学高二下学期期中联考)“利用双缝干涉测定光的波长”实验中，双缝间距d＝0.4
mm，双缝到光屏的距离L＝0.5
m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示，则：
对点训练
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数xA＝11.1
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________(填“变大”“不变”或“变小”)。
15.6
0.75
6.0×10－7
变小
课内随堂达标第十三章 第四节
沙场点兵·名校真题·实效检测
1．(2020·河北省石家庄二中高二下学期期中)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是( B )
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．减小双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
解析：通过观察发现，图乙中干涉条纹的宽度比甲图中的大，根据干涉条纹宽度有：Δx＝λ，因此可以使缝屏距l变大，双缝间距d减小，或换用波长较长即频率较低的光，以达到要求，故选项C、D错误；选项B正确；与光源到单缝的距离无关，故选项A错误。
2．(2020·天津杨村一中高二下学期期末)某同学用图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量两条亮条纹间的距离。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数如图丙所示，再转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数如图丁所示，则图丁的示数x2＝__8.95__mm。如果实验所用双缝之间的距离d＝0.20
mm，双缝到屏的距离L＝60
cm。根据以上数据可得出光的波长λ＝__590.0__nm(保留1位小数)。
解析：由游标卡尺的读数规则以及干涉条纹与波长的关系分析求解。x2＝8
mm＋19×0.05
mm＝8.95
mm，由Δx＝λ，Δx＝，x1＝2×0.05
mm＝0.10
mm，所以λ＝590.0
nm。
3．(2020·河南省南阳市高二下学期3月第一次联考)某同学“用双缝干涉测光的波长”。
(1)如图所示，若将某单色光束照在双缝上，在光屏上观察到的现象是图乙图样，是平行且等宽的明暗相间的条纹。换用间距更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹间距将__变宽__；保持双缝间距不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹间距将__变窄__(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)；
(2)为测量该单色光的波长，将光束垂直射向间距为d的双缝(每个缝的宽度很窄，宽度可忽略)，在双缝后面距离为L处的光屏上可以观察到干涉条纹。现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐，经测量得出5条亮条纹之间的距离为a，则该单色光的波长为____。
解析：(1)根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ
可知在其他条件不变，换用间距更小的双缝即d减小时，条纹宽度变宽；保持双缝间距不变，减小光屏到双缝的距离即L减小，则条纹间距变窄；
(2)由题意可知，双缝干涉条纹的间距为Δx＝，根据Δx＝λ可知，该单色光波长为λ＝
＝
4．(2020·四川省三台中学高二下学期检测)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。
(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：
A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B．干涉条纹与双缝垂直
C．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关
D．干涉条纹间距与光的波长有关
以上几点中你认为正确的是__ACD__。
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为__0.702__
mm。
(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，测量值__大于__实际值。(填“大于”“小于”或“等于”)
解析：(1)为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行；由Δx＝λ可知，条纹的疏密程度与双缝间距离、光的波长有关，所以A、C、D选项正确。
(2)固定刻度读数为0.5
mm，可动刻度读数为20.2，所以测量结果为0.5
mm＋20.2×0.01
mm＝0.702
mm。
(3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，由几何知识可知测量头的读数大于条纹间的实际距离。
