第五章 第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长-【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（鲁科版）

第2节　科学测量：用双缝干涉测光的波长 核心素养要求 核心素养呈现 1.经历实验过程，体会双缝干涉的条件，理解相干光源. 2.通过对实验数据的处理，掌握螺旋测微器和游标卡尺的读数方法. 3.体会测量微小距离的方法中的科学思维. 一、实验目的 1．用双缝干涉实验装置测量光的波长． 2．学习测量微小距离的方法． 二、实验器材 光具座、双缝干涉仪[由光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头(如图)组成]、学生电源． 测量头示意图 三、实验原理与设计 根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ＝Δy，分别测量d、l和Δy，可求得光波波长． 四、实验步骤 1．如图所示，在光具座上把各光学元件装配好．从遮光筒上取下双缝，打开电源，调节光源的高度，直到光束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃屏的中心．放上单缝和双缝，使它们的距离为5～10 cm，并保持缝相互平行．注意各光学元件中心应大致位于遮光筒的轴线上． 测量光波长的实验装置 2．观察光屏上的白光干涉条纹的特点．给光源加上不同的滤光片，看条纹的色彩、间距发生了什么变化，相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等． 3.记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离l. 4．转动手轮，先使分划板中心刻线对准某条亮条纹中心，如图所示，记下此时的读数．继续转动手轮，使分划板中心刻线移过n条条纹，对齐另一亮条纹中心，再记下此时的读数．转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转． 5．把测量结果记录在数据表格中，算出两次读数之差．并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy.求出光的波长． 五、数据处理 1．转动手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δy＝. 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、Δy代入Δy＝λ求出光的波长λ. 4．多次重复上述步骤，求出波长的平均值． 5．换用不同的滤光片，重复上述实验． 六、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)纹的中心． 4．要多测几条亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δy. 5．照在光屏上的光很弱，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． 七、误差分析 1．测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差． 2．测条纹间距Δy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离时读数不准确． 　实验原理与操作 　用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件： A．白炽灯　　　　　 B.单缝片 C．光屏 D．双缝 E．滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上) (1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A____________(A已写好)． (2)本实验的实验步骤有： ①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； ③用米尺测量双缝到屏的距离； ④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离． 在操作步骤②时还应注意________和________． (3)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有________大于________． 解析：(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏． (2)单缝与双缝的间距为5 cm～10 cm，使单缝与双缝相互平行．保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在遮光筒轴线上． (3)由Δy＝λ知，波长越长，条纹越宽，间距越大，可得出a一定大于b. 答案：(1)EBDC　(2)单缝与双缝的间距为5 cm～10 cm　使单缝与双缝相互平行 (3)a　 b 　实验数据处理与分析 　用双缝干涉测光的波长．实验装置如图a所示，已知单缝与双缝的距离为L1，双缝与屏的距离为L2，单缝宽为d1，双缝间距为d2.用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心，记下此时手轮的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的刻度． (1)分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心时示数为y1＝2.190