第四章 第5节 实验：用双缝干涉测量光的波长-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第5节　实验：用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件； 2．观察白光及单色光的双缝干涉图样； 3．测定单色光的波长。 二、实验原理 1．据双缝干涉条纹间距Δx＝λ得，波长λ＝·Δx。已知双缝间距d，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。 2．条纹间距Δx的测定 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读数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)。这时游标卡尺的读数为xn，则相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离为Δx＝。 三、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、拨杆、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。 四、实验步骤 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，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心。 4．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至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。 5．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。 6．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读数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对在第n条(一般可取7左右)干涉亮条纹(或暗条纹)。这时游标卡尺的读数为xn，则相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离为Δx＝。 7．改变双缝中心距离d，重复上面的步骤，再测一次。 五、数据记录与分析 请自己设计表格，把测量数据记录在表中，算出波长并对结果进行分析。 六、误差分析 本实验为测量性实验，因此应尽一切办法减少有关测量的误差。实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意l和Δx的测量。光波的波长很小，l、Δx的测量对波长的影响很大。 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。 (4)利用“累积法”测n条亮纹间距，再求Δx＝，并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差。 　实验原理及实验操作过程 　如图所示，某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象，下述现象中能够观察到的是(　　) A．将滤光片由红色的换成蓝色的，干涉条纹间距变宽 B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 D．去掉滤光片后，干涉现象消失 【解析】　　根据双缝干涉条纹间距的关系式，有Δx＝λ，红光的波长大于蓝光波长，则条纹间距变窄，将单缝向双缝移动一小段距离后，不影响条纹间距，换一个两缝之间距离较大的双缝，则干涉条纹间距变窄，故AB错误，C正确；去掉滤光片后，干涉现象没有消失，屏上显示的是彩色干涉图样，故D错误。 【答案】　C [针对训练] 1．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图) (1)下列说法哪一个是错误的______。(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，其示数为______mm。 解析：(1)放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故A项错误。 (2)按读数规则，读出示数为1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm。 答案：(1)A　(2)1.970 　实验数据处理 　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