第4章 第5节 实验：用双缝干涉测量光的波长（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第5节　实验：用双缝干涉测量光的波长 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．观察白光及单色光的双缝干涉图样。 2．掌握用公式Δx＝λ测量单色光的波长的方法。 实验原理 1．测量原理 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，只要测出相邻两条亮条纹(或相邻两条暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光波长的大小。 2．测量Δx的方法 测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，再转动手轮，用同样的方法测出n条亮条纹间的距离a，则可求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 实验器材 双缝干涉实验仪(包括：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光管、拨杆、光屏及测量头)、学生电源、导线、米尺。 实验步骤 1．器材的安装与调整 (1)把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行。 (2)在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直。再装好单缝管，使单缝与双缝平行。 (3)让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高。灯丝与单缝之间的距离约为25 cm。点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡，反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心。 2．观察双缝干涉图样 (1)在遮光管的另一端装上测量头。在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直到看到白光的干涉条纹最清晰，这时看到的彩色干涉条纹的特征是：中央为一条白色亮条纹，称为零级亮条纹；其余各级亮条纹都是彩色的，彩色条纹的排列以零级亮条纹为中心左右对称。在第一级亮条纹中，红色在最外侧。 (2)测量单色光波长时，在单缝前面加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量。 数据处理 1．先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹(或者暗条纹)，并记下它在游标卡尺上的计数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条(一般可取7左右)干涉亮条纹(或暗条纹)。这时游标卡尺的计数为xn，则相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离为Δx＝ 待测的光波波长为λ＝＝· 式中d为双缝中心的距离，其数值刻在双缝座上，l为双缝至光屏(即分划板)之间的距离。 2．改变双缝中心距离d，重复上述实验。 误差分析 产生原因 减少方法 偶然误差 l和Δx的测量 多次测量取平均值 系统误差 分划板刻线与干涉条纹不平行 调节单、双缝使分划板刻线与干涉条纹平行 注意事项 1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行。 2．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。 3．测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。 4．要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δx。 5．照在光屏上的像很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。 二、他版教材实验多融通 (一)鲁科版教材实验方案　 [差异解读] (1)实验原理和实验方案与教科版实验方案相同。 (2)与教科版相比少了透镜。 (二)粤教版教材实验方案　 [差异解读] (1)实验原理和实验方案与教科版实验方案相同。 (2)与教科版相比，少了透镜和拨杆。 实验原理与操作 [典例1]　图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中： (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是____________。(单选) A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是______ 。(单选) A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 [解析]　(1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故C正确。 (2)根据Δx＝λ可知，要增大条纹间距可以增大双缝到测量头间的距离l，减小双缝的间距d，故D正确。 [答案]　(1)C　(2)D (1)牢记实验仪器在光具座上的排列顺序。 (2)弄清影响条纹清晰度的因素。 (3)弄清影响条纹间距的因素。　　 数据处理和误差分析 [典例2]　某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验