第四章 第五节 用双缝干涉实验测定光的波长（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（粤教版2019）

第五节　用双缝干涉实验测定光的波长 一、实验目的 (1)观察白光及单色光的双缝干涉图样． (2)掌握用公式Δx＝λ测定单色光的波长的方法． 二、实验原理 1．测量原理 由公式Δx＝λ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光波长的大小． 2．测量Δx的方法 测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，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(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，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，则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．器材的安装与调整 (1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如图所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮． (2)将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图所示，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央． 2．观察双缝干涉图样 (1)调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10 cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮．在屏上就会看到白光的双缝干涉图样． (2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹． (3)在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的位置，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干涉条纹的亮度，使条纹更加清晰，如图所示． 五、数据处理 (1)转动手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝. (2)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)． (3)将测得的L、Δx 代入Δx＝λ，求出光的波长λ. (4)多次重复上述步骤，求出波长的平均值． (5)换用不同的滤光片，重复上述实验 六、误差分析 (1)测双缝到屏的距离L带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行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离时读数不准确． 要点一　实验原理和仪器的安装 如图甲所示，是用双缝干涉测光的波长的实验装置示意图，其中A、B、C、D分别表示滤光片、单缝、双缝、光屏．图乙a是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙b是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.18 mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙c是实验时用蓝色滤光片和双缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样，则 乙 (1)比较图乙a和图乙b，可以说明______________________________． (2)比较图乙a和图乙c，可以说明______________________________________． (3)能进行上述比较的前提是做这三次实验时不改变______和______的位置(从“A”、“B”、“C”、“D”中选填)． 解析　(1)根据Δx＝λ，当L、λ一定时，Δx与d成反比． (2)根据Δx＝λ，当L、d一定时，Δx与λ成正比． (3)根据实验要求，双缝到光屏的距离L不变．故不能改变C、D位置． 答案　(1)对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距增大 (2)对相同双缝，光波长变短，相邻条纹间距减小 (3)C　D [方法总结] (1)根据条纹间距公式Δx＝λ.实验时可以根据控制变量法分别研究Δx与d、λ之间的关系． (2)由于本实验只研究Δx与d、λ的关系，因此要注意保持L不变． [训练1]　(1)如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的(　　) A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏 B．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏 C．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏 D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏 (2)对于某种单色光，为增加相邻亮纹(或暗纹)之间的距离，可采用的方法是(任写一种方法)________． 解析