2021版浙江新高考选考物理一轮复习教师用书：16实验微讲座4　3实验十三　用双缝干涉测量光的波长（同时练习使用游标型测量头）

实验十三　用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头)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．4．练习使用测量头．二、实验原理1．光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹．2．根据λ＝Δx可以计算出单色光的波长．公式中d为双缝间距离，Δx为相邻两条亮纹间的距离，l为双缝到屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出l、Δx即可求出光的波长．Δx的测量可用测量头完成．由于Δx较小，可测出n条亮(或暗)条纹的间距a，则相邻亮条纹间的距离Δx＝.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．四、实验步骤1．观察干涉条纹(1)将光源、遮光筒、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，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央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹．(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离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、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中心轴线上，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所致；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．七、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．　对实验原理与操作的考查【典题例析】　在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：(1)如图所示，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．(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)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时10等分的游标卡尺位置如图甲所示，其读数为________ mm，继续转动测量头，使分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐，此时游标卡尺位置如图乙所示，其读数为________ 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)[解析]　(1)由实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝．由Δx＝λ可知，要增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取的办法有：①增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；②减小双缝之间的距离．(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③.(3)甲图中游标尺上第8条线与主尺刻度对齐，读数为19 mm＋×8＝19.8 mm；乙图中游标尺上第3条线与主尺刻度对齐，读数为30 mm＋×3＝30.3 mm.(4)光的波长λ＝＝5.83×10－7 m.[答案]　(1)滤光片　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)②③　(3)19.8　30.3　(4)5.83×10－7　利用如图所示装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是(　　)A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄答案：ABD　对仪器读数和数据处理的考查【典题例析】　用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图丁所示；双缝到毛玻璃间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．[解析]　根据条纹宽度公式Δx＝λ可知，波长λ＝Δx，只要根据题目提供的数据就可求解，由丁图可直接读出d＝0.25 mm＝0.000 25 m，双缝到屏的距离由丙图读出l＝749.8 mm＝0.749 8 m由图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离Δx＝ mm＝2.400 mm＝0.002 400 m.将以上数据代入得λ＝＝ m≈8×10－7 m.[答案]　8×10－7 m　(2020·杭州联考)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)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________(选填“甲”或“乙”)．(2)将下表中的光学元件放在图丙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．元件代号ABCDE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)．(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丁所示，分划板在图中A位置时游标卡尺示数如图戊所示，则其读数为________ mm；在B位置时游标卡尺示数如图己所示．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.解析：(1)干涉图样中条纹间距和宽度相同；衍射图样中条纹度不等，中央最宽．(2)光源发出的白光，各种频率的光都有，加E后通过的就只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在屏上，所以顺序为CEDBA.(3)A位置的示数为111.10 mm，B位置的示数为115.65 mm，图丁中A、B之间的距离为(115.65－111.10)mm＝4.55 mm，则相邻条纹的间距为Δx＝ mm，根据公式Δx＝λ，代入数据得波长为6.5×10－7m.答案：(1)甲　(2)EDBA(3)111.10　6.5×10－71．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　)A．增大S1与S2的间距B．减小双缝到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光解析：选C.由Δx＝λ知，增大S1与S2的间距d或减小双缝到光屏的距离l时，条纹间距变小，选项A、B错误；将绿光换为红光，波长变大，条纹间距变大，选项C正确；将绿光换为紫光，波长变小，条纹间距变小，选项D错误．2．如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里出现的应是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)．解析：＝，即半波长的奇数倍，所以出现暗条纹．根据条纹间距Δx＝λ，当单色光的波长变长时，条纹间距变宽．答案：暗条纹　变宽3．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图．(1)下列说法不正确的是________．(填选项前的字母)　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．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝(2)测量某亮纹位置时，游标卡尺的示数如图，其示数为________ mm.解析：(1)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，无须放上单缝和双缝，选项A错误．(2)由题图知，示数为1 mm＋0.05×5 mm＝1.25 mm.答案：(1)A　(2)1.254．(2020·嘉兴检测)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装置，用以测量红光的波长．(1)本实验的实验步骤有：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)测量数条亮纹间的距离．在操作步骤②时还应注意________和________．(2)如图所示，需要从标尺上读出某条亮纹的位置。图中所示的读数是________ mm.　若缝与缝间相距d，双缝到屏间的距离为L，相邻两个亮条纹中心的距离为Δx，则光的波长表示为λ＝________(字母表达式)，某同学在两个亮条纹之间测量，测出以下结果，其他数据为：d＝0.20 mm，L＝700 mm，测量Δx的情况如图所示，由此可计算出该光的波长λ＝________m.解析：(1)单缝与双缝的间距为5～10 cm，使单缝与双缝相互平行．(2)图中主尺读数为5 mm，游标尺上第12条线与主尺对齐，故读数为5 mm＋12×0.02 mm＝5.24 mm，光的波长λ＝Δx，代入题中数据得λ＝5.6×10－7 m.答案：(1)单缝与双缝的间距为5～10 cm　使单缝与双缝相互平行　(2)5.24　Δx　5.6×10－7