(讲义)第4章 4.实验：用双缝干涉测量光的波长-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

4．实验：用双缝干涉测量光的波长 1．掌握双缝干涉测量波长的原理。 2．学会安装实验器材，并能进行正确的实验操作、测量光的波长。 类型一　实验操作过程及仪器读数 【典例1】　在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)： (1)下列说法错误的是______(填选项前的字母)。 A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝ (2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为______mm。 [解析]　(1)放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故A项错误。 (2)按读数规则，读出示数为：1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm。 [答案]　(1)A　(2)1.970 类型二　实验数据处理 【典例2】　利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m。图丙中游标卡尺的示数为________ mm，图丁游标卡尺的示数为________ mm。在实验中，所测单色光的波长为____________ m。在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹。 [解析]　根据游标卡尺的原理，可读出图丙的示数为11.4 mm；图丁的示数是16.8 mm。Δx＝ mm＝1.35 mm。又根据Δx＝λ，则λ＝＝6.75×10－7 m。 当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时，不满足干涉条件，故不能看到明暗相间的条纹。 [答案]　11.4　16.8　6.75×10－7　不能 类型三　创新实验设计 【典例3】　1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称为洛埃镜实验)。 (1)洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源，M为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域； (2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和l，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。 [解析]　(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出S在镜中的像S′，画出边缘光线，范围如图所示。 此范围即为相交区域。 (2)杨氏双缝干涉实验中干涉条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系为Δx＝λ，又因为d＝2a，所以Δx＝λ。 [答案]　(1)见解析图　(2)Δx＝λ 　 　　　　　　　　 　　　　 　　　 1．(2021·浙江6月选考)图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中： (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________(单选)。 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 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________(单选)。 A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 (1)C　(2)D　[(1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。故选C。 (2)根据Δx＝λ，可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d。故选D。] 2．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图所示。双缝间的距离d＝3 mm。 (1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片。实验时需要测定的物理量有：________和________。 (2)若测得双缝与屏之间距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如图(a)所示，第5条亮纹的位置如图(b)所示。则可求出红光的波长λ＝________m。(保留三位有效数字) (a)　　　　　　　(b) [解析]　测红光的波长，应选用红色滤光片。由Δx＝λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和相邻两亮纹间距Δx。 由测量头的读数可知a1＝0，a2＝0.640 mm 所以Δx＝＝ mm＝1.60×10－4m λ＝＝m≈6.86×10－7m。 [答案]　(1)红　双缝到屏的距离l　相邻两亮纹间距Δx　(2)6.86×10－7 3．(1)备有