14.4实验：用双缝干涉实验测量光的波长-【桂冠物理】2024高三物理一轮复习题型归纳技巧点拨（新高考专用）

第十四章 光、电磁波、相对论 14.4实验：用双缝干涉实验测量光的波长 【考点预测】 1. 杨氏双缝干涉实验的实验目的、原理 2. 杨氏双缝干涉实验的实验步骤和数据处理 3. 杨氏双缝干涉实验的注意事项和误差分析 【方法技巧与总结】 1．实验目的 （1）了解光波产生稳定的干涉现象的条件。 （2）观察白光和单色光的双缝干涉图样。 （3）测定单色光的波长。 2．实验原理 如图1所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ. 图1 两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图2所示． 图2 3．实验步骤 (1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示． 图3 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遮光筒轴线到达光屏． ④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm. 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使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图4所示，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝. 图4 ③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)． ④重复测量、计算，求出波长的平均值． 4．数据处理 (1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝. (2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离． (3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值． 5．注意事项 (1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮． (2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上． (3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离． (4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差． (5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层． 6．误差分析 (1)双缝到屏的距离l的测量存在误差。 (2)测条纹间距Δx带来的误差： ①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。 ②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。 ③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。 ④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。 【题型归纳目录】 题型一：教材原型实验 题型二：探索创新实验 【题型一】教材原型实验 【典型例题】 例1．利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。    （1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可 。 A．将单缝向双缝靠近      B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动      D．使用间距更小的双缝 （2）正确操作后，该组同学用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所给出，则：    ①分划板在图中A、B位置时由游标卡尺读数求得相邻两条纹间距 。 ②该单色光的波长 m。 练1．某同学利用如图所示的装置测量某种单色光的波长。实验时，光源正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。         ①将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，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条亮纹中心对齐，记下此时如图乙所示的手轮上的示数为 mm； ②若相邻亮纹的间距为，双缝与屏的距离为，双缝间距为，则求得光的波长 m。（结果保留三位有效数字） 【题型二】探索创新实验 【典型例题】 例2．某实验小组使用图甲的装置测量某红色激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板，双缝间的宽度。激光经过双缝后投射到光屏中