光学实验2：双缝干涉测量光的波长2022-2023高考物理 知识讲解+突破训练

光学实验二：用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头) 1．实验原理 如图1所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ. 图1 两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成．如图2所示． 图2 2．实验器材 双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺． 3．实验步骤 (1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示． 图3 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，使单缝与双缝平行，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． 图4 ②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图4所示，记下手轮上的读数，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央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝. ③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)． ④重复测量、计算，求出波长的平均值． 1．数据处理 (1)条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝. (2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离． (3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值． 2．注意事项 (1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮． (2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上． (3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离． (4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差． (5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层． 3．误差分析 (1)双缝到光屏的距离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亮条纹中心． 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. 【强化训练】 1．某同学利用如图所示装置测量某种单色光波长。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题： （1）某次测量时，选用的双缝的间距为d，测得屏与双缝间的距离为L，用某种单色光实验得到的干涉条纹如图2所示，则A位置手轮上的示数（图2）为______mm，若B位置对应的读数为x2，所测单色光的波长为______（用题中所示字母表示）。 （2）若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，如图3所示，在这种情况测量相邻条纹间距时，测量值______实际值。（填“大于“小于”或“等于”） 2．在实验室用双缝干涉测光的波长，请按照题目要求回答下列问题： （1）将表1中的光学元件放在图1所示的光具座上，组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置。 表1 元件代号 A B C D 元件名称 双缝 光屏 单缝 滤光片 将白光光源放在光具座最左端，依次放置凸透镜和表1中其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为___________（填写元件代号）。 （2）已知该装置中双缝间距，双缝到光屏的距离，在光屏上得到的干涉图样如图2甲所示，分划板在图中A位置时螺旋测微器 如图2乙所示：在B位置时螺旋测微器如图2丙所示，则其示数___________mm。由以上所测数据可以得出该单色光的波长为___________m（结果保留三位有效数字）。 3．某物理兴趣小组根据激光相干性好、亮度高的特点，利用双缝干涉实验原理测量某绿色激光的波长。其实验装置如甲图所示，刻有双缝的黑色纸板和激光笔一起同轴地固定在光具座上，激光经过双缝后投射到光屏表面的条纹如图乙所示，已知双缝间的宽度，双缝到投影屏间的距离。 （1）使用刻度尺可以读出A