第四章 第5节 实验：用双缝干涉测量光的波长（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第5节　实验：用双缝干涉测量光的波长 (1)观察白光及单色光的双缝干涉图样． (2)掌握用公式Δx＝λ测量单色光的波长的方法． 由公式Δx＝λ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，l是双缝到屏的距离，它们均可以测出，那么，只要再通过目镜的测量头测出相邻亮条纹(或暗条纹)的中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光的波长． 双缝干涉实验仪(包括：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光管、拨杆及测量头)、学生电源、导线、刻度尺． 1．器材的安装与调整 (1)安装双缝和单缝：把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行．在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直．再装好单缝管，使单缝与双缝平行． (2)调节灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高：如图所示，点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡，反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心． (3)在遮光管的另一端装上测量头． 2．观察双缝干涉图样 (1)观察白光的双缝干涉图样：在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至通过目镜看到白光的干涉条纹最清晰，观察干涉条纹具有的特征． (2)观察单色光的双缝干涉图样：在单缝前面加上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹． 3．测量单色光的波长 (1)测量条纹间距Δx： 测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，测量前绕光轴转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，固定好测量头再进行测量．转动手轮，把分划板的中心刻线与最左边的亮条纹(或暗条纹)的中心对齐，记下此时读数x1，再转动手轮，用同样的方法使分划线对准第n条亮条纹(或暗条纹)，记下此时读数xn，则相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx＝. (2)获取双缝间距d：在双缝干涉实验仪中，通过双缝座可直接读取d的数值，一般提供有两种规格的双缝间距，一种是0.250 mm，另一种是0.200 mm. (3)测量双缝至光屏(即分划板)之间的距离l. (4)将数据代入公式Δx＝λ，求出所测单色光的波长λ. (5)换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹的异同，求出相应的波长． 4．更换另一种规格的双缝，即改变双缝中心距离d，重复上面的步骤． 将测量数据记录在下表中，并算出波长． 实验次数 双缝间距d/mm 滤光片 双缝至分划板之间的距离 l/mm 条纹间距Δx/mm 光的波长λ/nm 1 0.250 红色 2 0.250 绿色 3 0.200 红色 4 0.200 绿色 1．测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过多次测量求平均值的办法减小误差． 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完全平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心． (3)测量多条亮条纹(或暗条纹)的间距时读数有误差． 利用双缝干涉实验仪(含全套光学器材)测量光的波长，如图所示，把直径约为10 cm、长约为1 m的遮光管水平放在光具座上，一端装有双缝，另一端装有测量头． (1)图中a是光源(白炽灯)，b是________，c是________，d是________．(填器材名称) (2)单色光通过c再经d和e后，产生明暗相间的干涉条纹，其中c的作用是______________，d的作用是________________． (3)若观察到比较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________． A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (4)下列图示中，条纹间距表示正确的是________． 解析　(1)根据实验器材和原理可知，图中b是凸透镜，c是滤光片，d是单缝，e是双缝． (3)单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，故其中滤光片c的作用是获取单色光，单缝d的作用是产生相干光源，双缝e的作用是使相干光发生干涉． (3)干涉条纹模糊，说明经过双缝的透光量较少或者入射光的强度较弱，在测量端旋转测量头和增大单缝与双缝间的距离，都不会改善透光量或入射光的强弱，故A、B不值得尝试；调节拨杆使单缝与双缝平行，这样会使透过单缝(相当于“线状光源”)的条形光与双缝平行，可增加双缝的透光量，会使条纹变得清晰，故C值得尝试． (4)条纹间距指的是相邻两条亮条纹的中心线的距离，或相邻两条暗条纹的中心线的距离．由图可知A、B、D错误，C正确． 答案　 (1)凸透镜　滤光片　单缝　(2)获取单色光　产生相干光源　(3)C　(4)C