2020版高考物理新创新一轮复习通用版讲义：第十四章第85课时　用双缝干涉测光的波长（实验增分课）

第85课时　用双缝干涉测光的波长(实验增分课)

一、实验目的

1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。

2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。

3．测定单色光的波长。

二、实验原理

单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足Δx＝λ。

三、实验器材

双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。

谨记部分器材用途

四、实验步骤

1．安装仪器、观察干涉条纹

(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上，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，使光源发出的光能沿遮光筒的轴线到屏。

(4)安装双缝和单缝，使缝的中点大致位于遮光筒的轴线上，且双缝与单缝相互平行，二者间距约5～10 cm，这时，可观察白光的干涉条纹。

(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

2．测定单色光的波长

(1)安装测量头，调节至可观察到清晰的干涉条纹。

(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。

(3)用刻度尺测量双缝到屏的距离l(d是已知的)。

(4)重复测量。

五、数据处理

1．条纹间距Δx＝。

2．波长λ＝Δx。

3．计算多组数据，求λ的平均值。

六、误差分析

1．双缝到屏的距离l的测量存在误差。

2．测条纹间距Δx带来的误差

(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。

(2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。

(3)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。

(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。

七、注意事项

1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养。

2．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轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当。

3．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。

4．照在屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行，故应正确调节。

1．利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d＝0.5 mm，双缝与光屏间距离L＝0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图1所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图2所示，则图中A位置的游标卡尺读数为________m，B位置的游标卡尺读数为________m，单色光的波长为________m。

解析：题图2所示游标卡尺的精确度为0.1 mm，故A位置读数为11 mm＋0.1×2 mm＝11.2 mm＝1.12×10－2 m；B位置读数为15 mm＋0.1×7 mm＝15.7 mm＝1.57×10－2 m；故Δx＝ m≈6.4×10－4 m；由Δx＝λ可得λ＝Δx·＝ m＝6.4×10－7 m。

答案：1.12×10－2　1.57×10－2　6.4×10－7

2．用双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝的距离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)本实验中计算波长的公式λ＝______，求得的波长是________nm(结果保留三位有效数字)。

解析：(1)对准第1条时读数x1＝(2＋0.01×19.0)mm＝2.190 mm，对准第4条时读数x2＝(7.5＋0.01×36.9)mm＝7.869 mm，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝＝1.893 mm。

(2)由条纹间距公式Δx＝可得，本实验中λ＝Δx，

波长λ＝×1.893×10－3 m≈6.76×10－7 m＝676 nm。

答案：(1)2.190　7.869　1.893　(2)Δx　676

3．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和红色滤光片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)本实验的操作步骤有：

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轴线把屏照亮；

②按合理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(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______________________。

(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时图乙所示手轮上的示数为________mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________mm。

(4)已知双缝间距d＝2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l＝0.700 m，由计算公式λ＝________，求得所测红光波长为________mm。

解析：(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：E、D、B。

(2)单缝与双缝的间距为5～10 cm，使单缝与双缝相互平行。

(3)题图甲的读数为2.320 mm，题图乙的读数为13.870 mm，Δx＝ mm＝2.310 mm。

(4)由Δx＝λ可得λ＝Δx，

可求出λ＝×2.310 mm＝6.6×10－4 mm。

答案：(1)E、D、B　(2)单缝与双缝的间距为5～10 cm　使单缝与双缝相互平行　(3)13.870　2.310　(4)Δx　6.6×10－4

本实验常考双缝干涉仪器的安装、实验步骤及注意事项、Δx的测量和光的波长的计算。安装实验仪器要注意各种元件的安放顺序，实验步骤中需要牢记注意事项，另外还要准确掌握Δx的测量方法和λ的计算方法。