2024高考物理大一轮复习课件 第十四章 实验十四 用双缝干涉测量光的波长

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1.掌握由Δx＝　λ测量光的波长的原理，并会测单色光波长.2.观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法.
用双缝干涉测量光的波长
1.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)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝ ______ .
2.实验步骤(1)观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃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调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏.④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝 ，二者间距约为5～10 cm.⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
(2)测量单色光的波长①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数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第n条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数an.③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的).④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量.
3.数据分析(1)条纹间距Δx＝ .(2)波长λ＝ Δx.(3)计算多组数据，求λ的平均值.
4.注意事项(1)安装时，注意使光源、透镜、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、双缝平行且间距适当.(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行.
例1　如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：
(1)在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③______、④______、⑤遮光筒、⑥光屏(含测量头).
由题图可知，③为单缝，④为双缝.
(2)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是________.A.将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小B.将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变大C.将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变大D.换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小E.去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失
将光屏移近双缝，l减小，则由Δx＝ λ可知，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故A正确；将滤光片由蓝色的换成红色的，则波长λ变大，所以其他条件不变时，干涉条纹间距变大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变时，干涉条纹间距不变，故C错误；
换一个两缝之间距离更大的双缝，则d变大，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故D正确；去掉滤光片，其他条件不变，会形成彩色干涉条纹，故E错误.
(3)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹记为第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，此时手轮上的示数如图乙所示，则此示数为________ mm，由此可求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm.
由题图乙可得读数为x2＝13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm，由题图甲可得读数为x1＝2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm，
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝______，求得所测红光波长为_____ nm.
例2　(2023·浙江省镇海中学模拟)(1)如图所示，小王同学做在“用双缝干涉测量光的波长”实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行______.A.仅拨动拨杆B.仅旋转单缝C.仅前后移动凸透镜D.仅旋转毛玻璃处的测量头
若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故选D.
(2)小王同学将分划板中心刻线与干涉条纹调平行后，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图所示，手轮上的示数是________ mm.
手轮上的示数是50 mm＋0.05 mm×3＝50.15 mm.
例3　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被视为其中的一个缝，_____相当于另一个“缝”.
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被视为其中的一个缝，S′相当于另一个“缝”.
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝_________ m.(结果保留1位有效数字)
第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，
等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10－4 m，
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离______.A.将平面镜稍向上移动一些B.将平面镜稍向右移动一些C.将光屏稍向右移动一些D.将光源由红色光改为绿色光
根据双缝干涉条纹间距Δx＝　λ可知，仅增大D、仅减小d或仅增大波长λ都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确.
1.(2021·浙江6月选考·17(2))如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置.实验中：
(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
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，可尝试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
2.可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯，被广泛应用于数控机床、电子机械自动化生产线等工业领域.某同学想采用如图甲所示的实验装置测定三种色光的波长.
(1)打开多层示警灯的绿光灯，将遮光筒对准光源放置.在光源和双缝之间还必须放置一个_______(选填“滤光片”或“单缝”)，其目的是保证经双缝得到的两列光是______(选填“相干”或“非相干”)光；
在光源和双缝之间还必须放置一个单缝，其目的是保证经双缝得到的两列光是相干光.
(2)已知双缝之间的距离为0.6 mm，双缝到屏的距离为1.5 m，绿光的干涉图样如图乙所示，分划板中心刻线在A位置时螺旋测微器的读数为1.128 mm，在B位置时读数如图丙所示，为_______ mm，则该绿光的波长为______ nm(计算结果保留三位有效数字)；
分划板中心刻线在B位置时读数为6.5 mm＋2.6×0.01 mm＝6.526 mm
(3)在不改变其他条件的情况下，该同学又进行了几组实验，通过照相底片记录了干涉图样，分别测量了红光、黄光的波长(红光为625 nm、黄光为570 nm).图(a)、(b)、(c)是实验中记录下的三种色光的干涉图样，但被不小心弄混了，经判断绿光产生的干涉图样是图____(选填(a)、(b)或(c)).
由波长关系λ红>λ黄>λ绿，可知在其他条件不变的情况下，干涉图样条纹间距Δx红>Δx黄>Δx绿，所以绿光的条纹间距最小，则绿光产生的干涉图样是题图(c).
3.寒假期间小明利用图甲所示的物品，测量了某型号刀片的厚度.
实验过程如下：(1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑；(2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕；
(3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上.
(4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上.
(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示.用刻度尺测出a、b两点间的距离为_______ cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δy＝_____ cm.
(6)测得玻璃片到光屏的距离L＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝700 nm，利用公式求出双划痕间距d＝_______ mm，即为刀片厚度(结果保留两位有效数字).