第14章 第四讲 实验：用双缝干涉测量光的波长（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（福建专版）

实验：用双缝干涉测量光的波长 第 四 讲 |理|清|实|验|原|理|与|方|案| 一、理清原理与操作 原理装置图 测出图乙中的d和l。用图丙的测量头测出两条相邻亮条纹间距Δx，由Δx=λ即可计算出波长λ 续表 操作要领 1.器材的安装与调整 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上； (2)安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行； (3)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹 2.测定单色光的波长 (1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹； (2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央； (3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离l 二、掌握数据处理方法 1.相邻条纹间距的计算：Δx=，可多测几组不同的n对应的Δx，求平均值。 2.用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx=λ得λ=Δx计算波长。 三、强化重点环节和关键能力 1.注意事项 (1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。 (3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。 (4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。 (5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外侧。 2.误差分析 (1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差。 (2)测条纹间距Δx带来的误差 ①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。 ②误认为Δx为亮条纹的宽度。 ③分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。 ④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。 |训|练|注|重|创|新|与|发|展| 1.(2024·江西高考)(双选)某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是 (　 ) A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件 B.透镜的作用是使光更集中 C.单缝的作用是获得线光源 D.双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目越多 √ √ 解析：光具座上的双缝应该在单缝和遮光筒之间，光先通过单缝得到线光源，然后通过双缝得到两列完全相同的相干光，A错误，C正确；透镜的作用是使射向滤光片的光更集中，B正确；根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知，双缝间距d越小，则条纹间距Δx越大，测量头中观察到的条纹数目越少，D错误。 2.(2024·湖南高考)(双选)1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)，平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是 (　 ) A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C.若θ=0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D.若θ=0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动 √ √ 解析：根据题意画出光路图，如图甲所示，S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成虚像S'发出的光)是同一列光分成的，满足相干光条件，所以实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光，且该干涉可看成双缝干涉，设S与S'的距离为d，S到光屏的距离为l，代入双缝干涉条纹间距公式Δx=，则若θ=0°，沿OA向右(或沿AO向左)略微平移平面镜，对l和d均没有影响，则干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误；同理再次画出平面镜倾斜时的光路图如图乙所示，沿OA向右略微平移平面镜，即从图中①位置平移到②位置，由图可看出双缝的间距增大， 则干涉条纹间距减小；沿AO向左略微平移平面镜，即从图中②位置平移到①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。 3.(2025年1月·八省联考云南卷)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图甲为实验装置示意图，双缝间距d=0.450 mm，双缝到毛玻璃的距离l=365.0 mm，实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。 当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心，手轮上的读数为x1=2.145 mm；当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心，手轮上的读数为x5=4.177 mm。完成下列填空： (1)相邻两条亮条纹间的距离Δx=　　　　 mm；  解析：(1)相邻两条亮条纹间的距离为 Δx== mm=0.508 mm。 0.508 (2)根据　　　　可算出波长(填正确答案标号)；  A.λ=　　B.λ=Δx 　　C.λ= 解析：(2)根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系Δx=λ可得波长为λ=Δx，故选B。 B (3)则待测LED发出光的波长为λ=　　　　nm(结果保留3位有效数字)。  解析：(3)待测LED发出光的波长为λ=Δx=×0.508×10-3 m≈6.26×10-7 m=626 nm。 626 4.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，用以测量红光的波长。 (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、E、　　、 　 　、A。  解析：(1)由实验原理可知，双缝干涉装置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、光屏，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为CEDBA。 D B (2)如图所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下列问题： ①如果A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用　　　　　图样表示最合适；  ②如果将B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用　　　　图样表示最合适。  C D 解析：(2)①根据题意，由Δx=λ可知，由于紫光的波长比红光的短，则条纹间距变小，故选C图样。 ②根据题意，由Δx=λ可知，如果将B图样的双缝距离变小，则条纹间距变大，故选D图样。 (3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数为2.320 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数为13.870 mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为　　　　　 mm(结果保留三位小数)。  解析：(3)由题意可知，相邻亮条纹的间距为Δx= mm=2.310 mm。 2.310 (4)已知双缝间距d为2.0×10-4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算公式λ=　　　　，求得所测红光波长为　 　　　mm(结果保留两位有效数字)。  解析：(4)根据题意，由公式Δx=λ，可得λ=， 代入数据解得，红光波长为 λ= m=6.6×10-7 m=6.6×10-4 mm。 　 6.6×10-4 5.(2025·厦门模拟)某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图所示。 (1)为测量该单色光的干涉条纹宽度，各仪器安装位置如图所示，图中A为滤光片，B为　　　(填“单缝”或“双缝”)，C为　　　　(填“单缝”或“双缝”)。  解析：(1)题图中A为滤光片，B为单缝，C为双缝。 单缝 双缝 (2)在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时： ①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝　　　(填“垂直”或“平行”)，从而使条纹变得清晰。  ②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向　　 　(填“靠近”或“远离”)双缝的方向移动。  解析：(2)①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝平行，使条纹变得清晰。 ②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹间距应减小，根据条纹间距Δx=λ，可知需将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动。 平行 靠近 (3)下列图示中条纹间距表示正确的是　　　(填正确答案标号)。  解析：(3)条纹间距是相邻两条亮条纹或相邻两条暗条纹中心之间的距离，所以题图示中条纹间距表示正确的是C项。 C (4)在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L，通过测量头观察到第N1条亮条纹的读数为Y1，观察到第N2条亮条纹的读数为Y2，请写出计算该单色光波长的表达式λ=　　　　　。  解析：(4)第N1条亮条纹的读数为Y1，第N2条亮条纹的读数为Y2，则条纹间距Δx= 根据Δx=λ，可得λ=。 6.(2025·福州模拟)某同学在家里进行小实验，他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片上笔直划过，这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成图甲所示的装置，用于研究光的衍射和干涉。 (1)某次实验时，在光屏上观察到如图乙所示的明暗相间的条纹，则该同学所安装的缝屏是　　　(选填“单缝”或“双缝”)；  解析：(1)题图乙中，中央亮条纹较宽，而两侧亮条纹较窄，所以是单缝衍射图样。 单缝 (2)该同学利用装置进行双缝干涉实验时，在光屏上观察到的条纹如图丙所示，由刻度尺读出A、B两条亮条纹间的距离x=　　　　 cm；测得缝屏上双缝间的宽度d=0.150 mm，双缝到光屏间的距离L=1.50 m，则该激光的波长λ=　　 　　 m(结果保留3位有效数字)；  解析：(2)刻度尺的分度值为0.1 cm，需要估读到0.01 cm，所以A、B两条亮条纹间的距离为x=6.50 cm。相邻亮条纹间距为Δx==6.5×10-3 m，根据Δx=可得该激光的波长为λ== m=6.50×10-7 m。 6.50 6.50×10-7 (3)为使光屏上观察到的条纹更密集，可采取的操作是　　　。  A.换用双缝间距更大的缝屏 B.增大缝屏与光屏之间的距离 C.增大激光源与缝屏之间的距离 解析：(3)为使光屏上观察到的条纹更密集，即减小Δx，根据Δx=可知，可采取的操作是换用双缝间距更大的缝屏或减小缝屏与光屏之间的距离，增大激光源与缝屏之间的距离对Δx无影响。故选A。 A $$