4.4实验：用双缝干涉测量光的波长-【高效课堂】2023-2024学年高二物理同步讲练（人教版2019选择性必修第一册）

4.4实验：用双缝干涉测量光的波长 学习目录 一、实验原理 1 二、实验器材 1 三、实验步骤 2 四、数据处理 2 五、误差分析 2 六、注意事项 2 【巩固练习】 4 知识掌握 一、实验原理 如图1所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略． 图1 两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l.则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝λ. 若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δx，就可以求得光波的波长． 二、实验器材 双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头．另外，还有学生电源、导线、刻度尺等． 三、实验步骤 1．将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示． 图2 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，使双缝与单缝的缝平行，两者间距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． 四、数据处理 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另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，两条纹间距为a＝|a2－a1|，则相邻两条亮条纹间的距离Δx＝＝. 3．用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)． 4．重复测量、计算，求出波长的平均值． 五、误差分析 1．光波的波长很小，Δx、l的测量误差对波长λ的影响很大． 2．在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”． 3．多次测量求平均值． 六、注意事项 1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件． 2．滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去． 3．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、双缝平行且竖直，间距大约为5～10 cm. 4．测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心. [例题1] （2023•天河区校级三模）在利用“双缝干涉测定光的波长”实验中，双缝间距为d，双缝到光屏间的距离为L，在调好实验装置后，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹，当分划板在图中B位置时，对应游标卡尺读数如图，则： （1）分划板在图中B位置时游标卡尺读数xB＝　 　mm； （2）若分划板在图中A位置时游标卡尺读数为xA（xA＜xB），则该单色光的波长的表达式为λ＝　 　（用xA、xB及题中所给字母及必要的数字表示）； （3）若用频率更高的单色光照射，同时增大双缝间的距离，则条纹间距 　 　（填“变宽”或“变窄”或“不变”）。 [例题2] （2023春•龙凤区校级期中）某同学利用图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；加上红色滤光片，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。 （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0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm，则所测单色光的波长为 　 　nm（结果保留3位有效数字）； （4）如果用紫色光重新实验，相邻亮纹间距会 　 　（填“变大”“变小”或“不变”）。 【巩固练习】 1. （2023•青岛模拟）如图，利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果，下列说法正确的是（　　） A．光屏上的条纹关于平面镜M上下对称 B．相邻亮条纹的间距为 C．若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹间距不变 D．若将平面镜向右移动一些，亮条纹数量保持不变 2. （2023•房山区一模）如图所示为双缝干涉实验装置示意图，实验时光源发出的光经滤光片成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉，则下列说法正确的是（　　） A．组装实验仪器时，应将单缝和双缝垂直放置 B．若想增加在目镜中观察到的条纹个数，应将单缝向双缝靠近 C．若将滤光片去掉，则毛玻璃上将呈现黑白相间条纹 D．若将红色滤光片换成绿色滤光片，则毛玻璃上的干涉条纹间