第4章 4.实验：用双缝干涉测量光的波长-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册人教版（教师用书）

4　实验：用双缝干涉测量光的波长 [学业要求与核心素养] 科学探究 1．掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项。 2．会利用双缝干涉实验测量单色光的波长。 一、实验原理 由公式Δx＝λ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出。那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光波长的大小。 二、实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。 三、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 cm～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)使分化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，使分化板中心刻线移到另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，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。 四、数据分析 1．用测量头测量某单色光干涉图样的条纹间距Δx＝。 2．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)。 3．将测得的l、d、Δx代入Δx＝λ，求出光的波长λ。重复测量、计算，求出波长的平均值。 探究点一　对实验装置和原理的理解 　在用双缝干涉测光的波长实验中(实验装置如图)： (1)下列说法错误的是________。(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，手轮上的示数如图所示，其示数为____________mm。 [解析]　(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝，选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐，使得移动过程测出的条纹间距较为准确，选项B正确。测微目镜移过n条亮纹，则亮条纹间距Δx＝，选项C正确。故选A。 (2)主尺读数是1.5 mm，螺旋读数是47.0×0.01 mm，因此示数为1.970 mm。 [答案]　(1)A　(2)1.970 [名师点拨] 本实验注意事项 1．放置单缝和双缝时，必须使缝互相平行。 2．要保证光源、滤光片、单缝、双缝和屏的中心在同一条轴线上。 3．测量头的中心刻线要对应着亮纹的中心。 4．要多测几个亮纹中心间的距离，再求Δx。 探究点二　实验数据处理与误差分析 　某同学利用下图所示装置测量某种单色光的波长。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)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可____________。 A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________。 (3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm，则所测单色光的波长为________nm。(结果保留三位有效数字) [解析]　(1)由Δx＝，因Δx越小，目镜中观察得条纹数越多，故B符合题意。 (2)由＝，λ＝。 (3)λ＝＝＝6.3×10－7m＝630 nm。 [答案]　(1)B　(2)　(3)630 (2023·西安月考)如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏。 (1)下列操作能增大光屏上相邻两亮条纹之间距离的是________。 A．增大③和④之间的距离 B．增大④和⑤之间的距离 C．将绿色滤光片改成红色滤光片 D．增大双缝之间的距离 (2)如果把光源内灯泡换成激光光源，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)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，读出手轮