4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版）

第4节　实验：用双缝干涉测量光的波长 授课提示：对应学生用书第92页 一、实验目的 1．观察单色光的双缝干涉图样。 2．掌握用公式Δx＝λ测量光的波长的方法。 3．会用测量头测量条纹间距离。 二、实验原理 1．实验思路 由公式Δx＝Δx，只要测出双缝到屏的距离l，相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可计算出入射光波长的大小。λ可知，波长λ＝ 2．测量原理 (1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。 (2)Δx的测定 如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时，应使分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐(如图乙所示)，记下手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一相邻亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两条亮条纹间的距离Δx。为减小误差，应用同样的方法测出n条亮条纹间的距离a，再求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 三、实验器材 　双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头)、学生电源、导线、米尺。 四、实验步骤 1．观察双缝干涉图样 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃光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，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约为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。 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)使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图所示，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2。由这两个读数得出n个亮条纹间的距离为a＝|a2－a1|，则相邻两亮条纹间距Δx＝。 (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、计算，求出波长的平均值。 (5)换用不同的滤光片，重复实验。 五、数据处理 1．条纹间距的计算：Δx＝。 2．波长计算：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的测量误差 因本实验中双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用毫米刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小相对误差。 2．测条纹间距Δx带来的误差 (1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。 (2)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。 (3)测量多条亮条纹间距时读数不准确。 七、注意事项 1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。 2．安装时，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，并使单缝、双缝平行且竖直。 3．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。 4．实验中可能会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关。 授课提示：对应学生用书第93页 题型一　实验原理与操作 　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，要把它们放在下图所示的光具座上组成双缝干涉装置，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)本实验的步骤如下： 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)测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤②时还注意：____________、____________和____________。 [解析]　(1)滤光片E是用来从白光中选出单色红光的，单缝屏是用来获得线光源的，双缝B是用来获得相干光源的，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为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；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上。 [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　要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上 题型二　数据处理与分析 　在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示)，并选用双缝间距d＝0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，光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。 (1)已知测量头主