實驗：用雙縫干涉測量光的波長 【核心知識 精講精研】 高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

第四章光4.實驗：用雙縫干涉測量光的波長教學目標CONTENT010203測定單色光的波長觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件前面我們利用光的雙縫干涉裝置，用不同的單色光進行實驗，紅光的條紋間距最大，紫光的最小。通過理論推導，得到了雙縫干涉相鄰亮（暗）條紋距離表達式為我們?nèi)绾尾拍軠y出不同入射光波長的大小呢？新課引入紅光干涉條紋藍光干涉條紋

實驗思路一知能提升光源濾光片雙縫遮光筒毛玻璃單縫測量頭根據(jù)可知，本實驗需要測量的物理量是雙縫到屏的距離l

和相鄰兩條亮條紋間的距離，雙縫間的距離d已知。具體操作如下。l

的測量：雙縫到屏的距離l可以用刻度尺測出。

的測量：相鄰兩條亮條紋間的距離需用測量頭測出。測量頭通常有兩種（如圖所示），但都由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。物理量的測量二知能提升轉(zhuǎn)動手輪，分劃板會左右移動。測量時，應使分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊（如圖所示），記下此時手輪上的讀數(shù)。然后轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與另一條紋的中心對齊，再次記下手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差表示這兩個條紋間的距離。分劃板中心刻線為了減小測量誤差，可測多個亮條紋間的距離，再求出相鄰兩個條紋間的距離。例如，可測出

n

個亮條紋間的距離a，再求出相鄰兩個亮條紋間的距離。第1條亮紋的示數(shù)第n條亮紋的示數(shù)

進行實驗三知能提升如圖，實驗前先取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度和角度，使它發(fā)出的光束沿著遮光筒的軸線把屏照亮。然后放好單縫和雙縫。注意使單縫與雙縫相互平行，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上。測量雙縫到屏的距離l和相鄰兩條亮條紋間的距離。分別改變?yōu)V光片的顏色和雙縫的距離，觀察干涉條紋的變化，并求出相應的波長。做好以上調(diào)整后，在單縫與光源之間放上濾光片就可以觀察到單色光的雙縫干涉圖樣（如圖所示）。設計表格記錄實驗數(shù)據(jù)。d

是已知的，l

和

n條亮條紋間的距離

a是直接測量值。由可以求出相鄰兩個亮條紋間的距離。最后，根據(jù)算出波長。數(shù)據(jù)分析四知能提升紅雙縫到屏的距離Ln條亮(或暗)條紋的距離a(1)若測定紅光的波長，應選用___色的濾光片.實驗時需要測定的物理量有：_________________________和________________________________.例.在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，裝置如下圖所示。雙縫間的距離d=3mm.典例精析

(2)若測得雙縫與屏之間距離為0.70m，通過測量頭(與螺旋測微器原理相似,手輪轉(zhuǎn)動一周，分劃板前進或后退0.500mm)觀察到第1條亮紋的位置如下圖(a)所示，觀察第5條亮紋的位置如下圖(b)所示.則可求出紅光的波長λ=__________m.(保留一位有效數(shù)字)示數(shù)為00.650mm7×10-7

例.在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，裝置如下圖所示。雙縫間的距離d=3mm.一、實驗思路二、物理量的測量課堂小結(jié)三、進行實驗四、數(shù)據(jù)分析1.(多選)某同學在做雙縫干涉實驗時,安裝好實驗裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于(

)A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度C.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強解析:光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干涉圖樣。選項A、C正確。AC跟蹤練習2.(多選)某同學按實驗裝置安裝好儀器后,觀察光的干涉現(xiàn)象,獲得成功。若他在此基礎上對儀器的安裝有如下改動,則仍能使實驗成功的是(

)A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動少許,其他不動B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動C.將單縫向雙縫移動少許,其他不動D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動解析:干涉條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干涉的條件,故D錯誤。ABC

3.在楊氏雙縫干涉實驗中，如果（

）A.用白光作為光源，

屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B.用紅光作為光源，

屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋D.用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋BD解析：白光作楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，A錯；用紅光作光源，屏上將呈現(xiàn)紅色兩條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，B對；紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，C錯；紫光作光源，遮住一條狹縫，屏上出現(xiàn)單縫衍射條紋，即間距不等的條紋，D對。4.雙縫干涉測光的波長的實驗裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100mm,雙縫與屏的距離l2=700mm,雙縫間距d=0.25mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準亮紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù)。(1)分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮紋的中心時,手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,則對準第1條時讀數(shù)x1=

mm,對準第4條時讀數(shù)x2=

mm。(2)寫出計算波長λ的表達式,λ=

(用符號表示),λ=

m。

解析:(1)讀數(shù)x1=2

mm+0.01×19.0

mm=2.190

mm,x2=7.5

mm+0.01×37.0

mm=7.870

mm。

5.在用雙縫干涉測光的波長實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用縫間距d=0.20mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離l=700mm。然后,接通電源使光源正常工作。甲

(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同學調(diào)整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學給各暗紋的編號,此時圖乙(b)中游標尺上的讀數(shù)x1=1.16mm;接著再轉(zhuǎn)動手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所