第四章 第四节 实验：用双缝干涉测量光的波长-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第四节 实验：用双缝干涉测量光的波长 　高效导学第一步　预习新知，理清实验过程 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、实验原理与设计 根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ＝。分别测量d、l和Δx，可求得光波波长。 三、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。 四、实验步骤 1．按图所示安装仪器。 2．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。 3．使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上。通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹。撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)。 4．加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n。 5．将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝，算出条纹间距，然后利用公式λ＝Δx，求出此单色光的波长λ(d仪器中已给出，l可用米尺测出)。 6．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。 7．重复测量、计算，求出波长的平均值。 8．换用另一滤光片，重复实验。 五、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。 (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。 六、注意事项 1．安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm，且双缝到单缝的距离应相等。 2．测双缝到屏的距离l时，用毫米刻度尺测多次取平均值。 3．测条纹间距Δx时，采用累积法，即用测量头测出n条亮条纹(或暗条纹)间的距离a，求出相邻的两条亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx＝。 4．转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转。 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 考点一　实验原理和实验操作 [例1] 同学们利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使白炽灯正常发光，调整仪器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，下列操作可行的是________。 A．将单缝向双缝靠近 B．使用间距更小的双缝 C．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动 D．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动 (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条亮纹中央到第n条亮纹中央间的距离为y，则单色光的波长λ＝________。 (3)若只将滤光片去掉，下列说法正确的是________。 A．屏上出现彩色衍射条纹，中央是紫色亮纹 B．屏上出现彩色衍射条纹，中央是白色亮纹 C．屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹 D．屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹 解析：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则必须要减小条纹间距，根据Δy＝λ可知，将单缝向双缝靠近，对条纹间距无影响，A错误；使用间距更小的双缝，则条纹间距变大，B错误；将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，则条纹间距变大，C错误；将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动，则条纹间距变小，D正确。 (2)条纹间距Δy＝，根据Δy＝λ，可知λ＝＝。 (3)若只将滤光片去掉，则将单色光的双缝干涉变成白光的双缝干涉现象，由于白光是复合光，有各种不同频率的光，依据干涉条纹间距公式Δy＝λ，那么屏上会出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹，A、B、D错误，C正确。 答案：(1)D　(2)　(3)C 考点二　数据处理和误差分析 [例2] 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D、透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图甲所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以测量红光的波长。 (1)本实验的步骤有： ①调节单缝与双缝的间距为5～10 cm，并使单缝与双缝相互平行； 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取下遮光筒右侧的元件，打开光源，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； ④用米尺测出双缝到屏的距离，用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离； ⑤将测得的数据代入公式求出红光的波长。 以上步骤合理的顺序是________。(只填步骤代号) (2)将测量头的分划板中心刻线