第5章 第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第2节　科学测量：用双缝干涉测光的波长

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。

三、实验原理与设计

　根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ＝Δy，分别测量d、l和Δy，可求得光波波长。条纹的间隔太密，直接测量相邻条纹间距误差较大。请想一想，如何较准确地测量出相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距？

四、实验步骤

1．如图所示，在光具座上把各光学元件装配好。从遮光筒上取下双缝，打开电源，调节光源的高度，直到光束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃屏的中心。放上单缝和双缝，使它们的距离为5～10 cm，并保持缝相互平行。注意各光学元件中心应大致位于遮光筒的轴线上。

2．观察光屏上的白光干涉条纹的特点。给光源加上不同的滤光片，看条纹的色彩、间距发生了什么变化，相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等。

3．记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离l。   

4．转动手轮，先使分划板中心刻线对准某条亮条纹中心，如图所示，记下此时的读数。继续转动手轮，使分划板中心刻线移过n条条纹，对齐另一亮条纹中心，再记下此时的读数。转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转。

5．把测量结果记录在数据表格中，算出两次读数之差，并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy。求出光的波长。

类型一　实验操作过程

注意事项

(1)双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。

(2)安装时，要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直。

(3)光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。

(4)测量头的分划板中心刻线要对准条纹的中心。

(5)要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δy。

(1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上的光学元件依次为①光源、②滤光片、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。其中，双缝的作用是：_______________________。

(2)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取下遮光筒左侧的元件，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)

解析：　(1)根据实验的原理，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③

单窄缝片、④双窄缝片、⑤遮光筒、⑥光屏。其中，双缝的作用是得到两个相干光源。

(2)实验的排列顺序应为③②①④⑤。

答案：　(1)③单窄缝片　④双窄缝片　得到两个相干光源　(2)③②①④⑤

针对练　现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用来测量红光的波长。

(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C________A。

(2)本实验的实验步骤有：

①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；

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用米尺测量双缝到屏的距离；

④用测量头(其读数方法用螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还应注意______________________________________________________________________________和________________________________________________________________________。

解析：　(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。所以双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：E、D、B。

(2)单缝与双缝的间距为5～10 cm，使单缝与双缝相互平行。

答案：　(1)EDB

(2)单缝与双缝的间距为5～10 cm　使单缝与双缝相互平行

类型二　数据分析

1．列d、l、Δy数据收集表

2.实验结论：通过实验数据求得光的波长。

用双缝干涉测光的波长，已知双缝与屏的距离L＝0.700 m，双缝间距d＝0.200 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，