第四章 第4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（人教版）

第4节　实验：用双缝干涉测量光的波长 [学习目标要求]　1.掌握用双缝干涉测光的波长的实验原理、操作过程、实验器材、注意事项等。2.掌握测量头的读数方法及应用公式Δx＝λ测量波长的方法。 一、实验原理 由公式Δx＝λ可知，波长λ＝Δx，只要测出双缝到屏的距离l，相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式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、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、物理量的测量 1．l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。 2．Δx的测量 如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，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(向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，如图乙所示记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝。 　甲　　　　　　　　　　　乙 四、进行实验 1. 如图所示，将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。 2．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 3．测量双缝到屏的距离l和相邻两亮条纹间距Δx。 4. 改变滤光片的颜色和双缝的距离，重复实验。 五、数据分析 1．条纹间距的计算：Δx＝。 2．波长计算：λ＝Δx。 3．计算多组数据，求λ的平均值。 六、误差分析 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。 七、注意事项 1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。 2．安装时，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，并使单缝、双缝平行且竖直。 3．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。 4．实验中会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关。 考查热点一　实验原理与操作 　现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。 (1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。 (2)本实验的步骤有： 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用刻度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)测量数条亮条纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意：____________________。 (3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数______ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为______ mm。 甲　　　　　　　乙 (4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光的波长为________nm。 解析：(1)滤光片E是用来从白光中选出单色红光的，单缝屏是用来获得线光源的，双缝屏是用来获得相干光源的，最后成像在毛玻璃屏上。所以排列顺序为：C、E、D、B、A。 (2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上。 (3)测量头的读数应先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13.870 mm，图甲读数为2.320 mm，所以相邻亮条纹间距Δx＝ mm＝2.310 mm。 (4)由条纹间距公式Δx＝λ，得λ＝，代入数据得λ＝6.6×10－7 m＝6.6×102 nm。 答案：(1)E　D　B　(2)见解析　(3)13.870　2.310　(4)　6.6×102 考查热点二　数据处理与分析 　用双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝的距离L1＝60 mm，双缝与光屏的距离L2＝700 mm，单缝宽d1＝0.10 mm，双缝间距d2＝0.25 mm。 甲 (1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的