第四章 第五节 用双缝干涉实验测定光的波长-【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（粤教版）

第五节　用双缝干涉实验测定光的波长 一、实验目的 1．观察单色光的双缝干涉图样． 2．掌握用公式Δx＝λ测定波长的方法． 3．会用测量头测量条纹间距离． 二、实验原理 1．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． 2．长度的测量 (1)L的测量：双缝到屏的距离L可以用刻度尺测出． (2)Δx的测定 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＝. 三、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． 四、实验步骤 1．观察双缝干涉图样 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃光屏依次安放在光具座上，如图所示． (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，使双缝与单缝平行，二者间距约为5～10 cm，这时可观察到白光的干涉条纹． (5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹． 2．测定单色光的波长 (1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹． (2)使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图所示，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，得出n个亮条纹间的距离为a＝|a2－a1|，则相邻两亮条纹间距Δx＝. (3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(d是已知的)． (4)重复测量、计算，求出波长的平均值． (5)换用不同的滤光片，重复实验． 五、数据处理 1．条纹间距的计算：Δx＝. 2．波长的计算：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. 　实验原理与操作 　在“用双缝干涉测定光的波长”的实验中，实验装置如图所示． (1)(多选)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，正确的是(　　) A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置 B．干涉条纹与双缝垂直 C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 D．干涉条纹的间距与光的波长有关 (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图甲所示，该读数为________mm. (3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示．则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值．(填“大于”“小于”或“等于”) 解析：(1)为了获得清晰的干涉亮条纹，A正确；干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的间距Δx＝λ与单缝宽度无关，C错误，D正确． (2)手轮的读数为0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm. (3)条纹与分划板不平行时，实际值Δx实＝Δx测cos θ，θ为条纹与分划板间的夹角，故Δx实<Δx测． 答案：(1)AD　(2)0.700　(3)大于 　数据处理和误差分析 　在“用双缝干涉测定光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题． (1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________． (2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测定光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长． 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的 滤光片 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，表示各光学元件的排列顺序应为________．(填写元件代号) (3)已知该装置中双缝间距d＝0.5