实验十五：用双缝干涉实验测量光的波长 课件-2026届高考物理一轮复习

实验十五 用双缝干涉实验测量光的波长 1 一、实验目的 1.观察双缝干涉图样，掌握实验方法. 2.测量单色光的波长. 2 二、实验原理 相邻两条亮条纹的中心间距与入射光波长 、双缝间距 及双缝到屏的 距离 满足的关系式为 ，则 .据此可测算出光的波长. 3 三、实验器材 光具座、光源、学生电源、导线、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、 毛玻璃屏、测量头、刻度尺. 4 注意：如图甲所示，测量头通常有两种，但都由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会左右移动.测量时，应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，如图乙所示，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.实际测量时，要测出第1条与 第条亮条纹间的距离，再求出相邻两条亮条纹间的距离 . 5 四、实验步骤 1.如图所示，安装仪器(注：滤光片可装在单缝前) (1)将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上. 6 (2)打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴 线把屏照亮. (3)放好单缝和双缝.注意使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮 光筒的轴线上. 7 2.观察记录与数据处理 (1)调节单缝与双缝间距为<m></m>时，观察白光的双缝干涉图样. (2)在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样. (3)用刻度尺测量出双缝到屏的距离<m></m>. (4)调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上 的读数<m></m>；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线与第<m></m>条 亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数<m></m>. (5)分别改变滤光片的颜色和双缝的间距，观察干涉条纹的变化，并求出 相应的波长. 8 五、数据处理 1.相邻两亮条纹间距的计算：，可多测几组不同的对应的 求平均值，减小误差. 2.由 计算波长. 9 六、误差分析 1.测量双缝到屏的距离 存在的误差. 2.测条纹间距 带来的误差 (1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度. (2)分划板的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. (3)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确. 10 七、注意事项 1.透镜的作用是使射向单缝的光更集中. 2.注意调节光源的高度和角度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把 屏照亮. 3.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. 4.调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记录此时手 轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐， 记下这时手轮的读数，两次读数之差就表示这两个亮条纹间的距离. 11 5.不要直接测量相邻两亮条纹的间距 ，测量间隔若干个条纹的间距，计 算得到相邻两亮条纹的平均间距 ，这样可以减小误差. 6.观察白光的双缝干涉图样，看到的是彩色条纹，中央为白色亮条纹，这 样可以确定中央亮条纹的位置. 12 例1 [2024·山东日照模拟] 用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图甲所 示，仪器有：光具座、光源、单缝、双缝、滤光片、遮光筒、毛玻璃屏、 测量头(图中未画出)等. 13 (1) 如图甲所示安装好仪器，先调整光源的位置，使光源发出的光沿 _______方向进入遮光筒并照亮光屏；再放置单缝和双缝，使缝相互_____ (选填“平行”或“垂直”)，再安置好滤光片，通过测量头观察屏上的单色光 的双缝干涉图样. 轴线 平行 [解析] 要想形成稳定的干涉图样需要光沿遮光筒的轴线进入遮光筒，单 缝、双缝需要相互平行. 14 (2) 图甲中滤光片的位置是____.(选填“①”“②”或“③”) ① [解析] 滤光片应置于光源和单缝之间，故应置于①位置. 15 (3) 将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该条纹记为第1 条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示.然后同方向转动测量头手轮，使 分划板中心刻线与第9条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示， 该示数为_______ . 15.770 [解析] 丙图中螺旋测微器读数为 . 16 (4) 已知双缝间距为，测得双缝到屏的距离为 ，则测 得该光的波长为_____ (结果保留三位有效数字). 620 [解析] 乙图中螺旋测微器读数为 ， ， 由，可知，解得 . 17 例2 [2024·福建福州一中模拟] 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实 验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示. 18 (1) 以下说法正确的是___. A.如发现条纹不清晰，可通过拨杆调节，使单缝与双缝平行 B.换用间距较小的双缝，目镜中观察到的亮条纹个数将增多 C.如把红色滤光片换成蓝色滤光片，则屏上的条纹数会变少 D.若取下红色滤光片，则观察不到干涉条纹 √ 19 [解析] 如发现条纹不清晰，可通过拨杆 调节，使单缝与双缝平行，故A正确； 换用间距较小的双缝，则双缝间距 减 小，根据 可知相邻条纹间距变大，故目镜中观察到的亮条纹个数 将减少，故B错误；如把红色滤光片换成蓝色滤光片，因蓝光波长较小， 根据 可知条纹间距减小，则屏上的条纹数会变多，故C错误；若 取下红色滤光片，在毛玻璃屏上观察到的是白光 (复色光)的干涉条纹，因 此观察到的是彩色条纹，故D错误. 20 (2) 某次测量时，手轮上的示数如图乙所示，其示数为______ . 0.820 [解析] 由图可知螺旋测微器示数为 . 21 (3) 如图丙所示，若测得第1条暗条纹中心到第5条 暗条纹中心之间的距离为，双缝间距为 ，双缝到 屏的距离为，则单色光的波长 ___. (用、、 表示) [解析] 测得第1条暗条纹中心到第5条暗条纹中心之间的距离为，则相邻暗条纹间距，根据 ，可知，单色光的波长 . 22 (4) 如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一 方向上，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间 距 时，真实值______(选填“大于”“小于”或“等于”)测量 值. 小于 [解析] 如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在 同一方向上，则在这种情况下测量干涉条纹的间距 时，条纹间距测量值 将偏大，即真实值小于测量值. 23 例3 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中： 24 (1) 图中的、、 三个位置对应的器材为___(填选项前的字母). A.是滤光片，是单缝， 是双缝 B.是单缝，是滤光片， 是双缝 C.是双缝，是滤光片， 是单缝 [解析] 双缝干涉实验中，让白炽灯光先通过滤光片形成单色光，然后经 过单缝，再通过双缝，故图中的、、 三个位置对应的器材为双缝、滤 光片、单缝，C正确. √ 25 (2) 用某种单色光做实验时，先将测量头的分划板中 心刻度线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第一条亮 纹，此时手轮上的刻度如图所示，读数为__________ __________________ ；转动手轮，当分划板中心刻 度线与第六条亮纹中心对齐时，读数是 .已 均可 知装置中双缝间距为，双缝到屏的距离是 ，则测得此单色光 的波长为___________ (保留两位有效数字). 26 [解析] 螺旋测微器的精确值为 ，由图可知读 数为 . 两条相邻亮纹间的距离为 ，根据双 缝干涉条纹间距公式 ，解得此单色光的波长为 27 创新角度 实验装置图 创新解读 实验仪器的 创新 ________________________________ 利用光传感器做双 缝干涉实验 ______________________________________________________________________________________ 利用洛埃镜测量单 色光波长 28 创新角度 实验装置图 创新解读 实验方法的 创新 __________________________________________________________________________________ 利用干涉原理测量 刀片的厚度 续表 29 考向一 实验仪器的创新 例4 如图所示是用光传感器做双缝干涉实验的 装置.激光光源在铁架台的最上端，中间是刻有 双缝的挡板，下面是光传感器.光传感器是一个 小盒，在图中白色狭长矩形部分，沿矩形的长 边分布着许多光敏单元.这个传感器各个光敏单 元得到的光照信息经计算机处理后，在荧光屏 上显示出来. 30 (1) 下列关于本实验的操作与叙述正确的是___ (填选项前的字母). A.应该在光源和双缝之间加一个单缝，才能使实验成功 B.下移光源，使之更靠近刻有双缝的挡板，则干涉条纹 间距减小 C.光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，则干涉条纹间距减小 D.保持光源和双缝挡板的距离不变，同时下移它们，使它们靠近光传感器， 则干涉条纹间距不变 √ 31 [解析] 因激光的相干性高，故光源和双缝之间不需要加 一个单缝，故A错误；根据双缝干涉条纹的间距公式 知，若下移光源，使之更靠近刻有双缝的挡板， 即减小光源到双缝的距离，则干涉条纹间距不变，故B 错误；若光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，即减小双缝到 光传感器(光屏)的距离，则干涉条纹间距会减小，故C正确；保持光源和 双缝挡板的距离不变，使它们靠近光传感器，即减小双缝到光传感器 (光屏)的距离，则干涉条纹间距减小，故D错误. 32 (2) 用激光替代普通光源来做本实验，最主要 是利用了激光的___(填选项前的字母). A.相干性高 B.平行度好 C.亮度高 [解析] 激光的相干性高，因此可用激光替代普 通光源来做实验，故A正确，B、C错误. √ 33 技法点拨 光传感器沿矩形的长边分布着许多光敏单元，传感器各个光敏单元得到的 光照信息经计算机处理后，可以在显示器上显示出来；然后根据显示器上 干涉图像的条纹间距，可以算出光的波长. 34 例5 [2024·浙江杭州模拟] 1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏双缝 干涉的结果(称洛埃镜实验).应用洛埃镜测量单色光波长的原理如下： 如图所示，是单缝通过平面镜成的像，如果 被视为双缝干涉中的一个 缝，相当于另一个缝.单色光从单缝 射出，一部分入射到平面镜后反射到 光屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里出现干涉条纹. 请回答下列问题： 35 (1) 以下操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离的是_____. A.将平面镜稍向上移动一些 B.将平面镜稍向下移动一些 C.将光屏稍向右移动一些 D.将单色光由红色光改为绿色光 [解析] 由双缝干涉条纹间距公式有 ，若要增大条纹间距，可以 增大，即将光屏向右移动；减小 ，即将平面镜稍向上移动一些；或者换 用波长更长的单色光，如将单色光由绿色改为红色，故选A、C. √ √ 36 (2) 若到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为和 ，光屏上形 成的相邻两条亮纹(或暗纹)间距离为，单色光的波长 _____. [解析] 由题意结合条纹间距公式有 ，整理有 . 37 (3) 实验表明，光从光疏介质射向光密介质，会在界面发生反射，当入射 角接近 时，反射光与入射光相比，相位有 的变化，称为“半波损失”. 已知远小于 ，如果把光屏向左平移到非常接近平面镜处，屏上最下方 两束光相遇会相互______(选填“加强”或“减弱”). 减弱 38 [解析] 如果把光屏移动到和平面镜非常接近，即相当于两者接触，在入 射角接近 时，反射光与入射光相比，相位有 的变化，即“半波损失”， 故直接射到光屏上的光和经平面镜反射的光相位差为 ，路程差为半波长， 所以两束光相遇会减弱. 39 实验过程如下： (1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑； (2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕； 考向二 实验过程的创新 例6 [2024·江苏苏州一中模拟] 寒假期间小明利用图甲所示生活中的物品， 测量了某型号刀片的厚度. 40 (3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸 固定在距离足够远的墙上. (4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直 入射在两划痕上. 41 (5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示.用刻度尺测出、 两点间的距离为 ______，则两相邻暗条纹中心之间的距离_____ . 10.50 2.10 [解析] 用刻度尺测出、两点间的距离为 ，两相邻暗纹中心 之间的距离为 . 42 (6)测量出玻璃片到光屏的距离 ，已知该红色激光的波长 ，利用公式求出双划痕间距_____ ，即为刀片厚度 (结果保留两位有效数字). 0.10 [解析] 刀片的厚度满足 ，解得 . 43 1.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光 具座上(如图甲所示)，并选用缝中心间距为 的双缝屏.从仪器注明的规格可 知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为 .接通电源使光源正常工作，发出白光. 44 (1) 组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在处和 处，则 ___(填选项前的字母). A.可观察到水平方向的干涉条纹 B.可观察到竖直方向的干涉条纹 C.看不到干涉现象 [解析] 因为该实验是双缝干涉实验，是单缝， 是双缝，单缝是竖直放 置，则双缝也需要竖直放置，观察到的是竖直方向的干涉条纹，故B正确， A、C错误. √ A.观察不到干涉条纹 B.可观察到明暗相间的白条纹 C.可观察到彩色条纹 [解析] 因为白光是各种色光混合而成的，当它们发生双缝干涉时，其干 涉图样明暗部分间距不同，不能重新混合成白光，所以若取下滤光片，则 观察到的条纹是彩色的，故C正确，A、B错误. √ (2) 若取下滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中___(填选项前的字母). (3) 若实验中得到的干涉图样如图乙所示，毛玻璃屏上的分划板中心刻线 在图乙中、位置时，手轮上的读数分别为、 ，则计算入射的单色 光波长的表达式为 ________.分划板中心刻线在某条亮条纹位置时手轮 上的示数如图丙所示，则读数为________ . 47 [解析] 从图乙可以看出，条纹间距 ，干涉条纹间距与单色光波 长的关系为 ，解得 .图丙中螺旋测微器固定刻度为 ，半刻度为，可动刻度为 ，所以其读数为 . 48 $