第五節(jié) 用雙縫干涉實驗測定光的波長

第五節(jié)用雙縫干涉實驗測定光的波長

實驗器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭)、學生電源、導線、米尺。

實驗步驟1．器材的安裝與調整(1)先將光源、遮光筒依次放于光具座上，如圖所示，調整光源的高度，使它發(fā)出的一束光沿著遮光筒的軸線把屏照亮。(2)將單縫和雙縫安裝在光具座上，使光源、單縫及雙縫三者的中心位于遮光筒的軸線上，并注意使雙縫與單縫相互平行，在遮光筒有光屏一端安裝測量頭，如圖所示，調整分劃板位置到分劃板中心刻線位于光屏中央。2．觀察雙縫干涉圖樣(1)調節(jié)單縫的位置，使單縫和雙縫間距離保持在5～10cm，使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時通過測量頭上的目鏡觀察干涉條紋，若干涉條紋不清晰，可通過遮光筒上的調節(jié)長桿輕輕撥動雙縫，即可使干涉條紋清晰明亮。在屏上就會看到白光的雙縫干涉圖樣。(2)將紅色(或綠色)濾光片放置在單縫前面，通過目鏡可看到單色光的雙縫干涉條紋。

誤差分析

產生原因減少方法偶然誤差l和Δx的測量多次測量取平均值系統(tǒng)誤差分劃板刻線與干涉條紋不平行調節(jié)單、雙縫使分劃板刻線與干涉條紋平行二、他版教材實驗多融通(一)魯科版教材實驗方案

[差異解讀](1)實驗原理和實驗方案與粵教版實驗方案相同。(2)與粵教版相比多了調節(jié)桿。(二)人教版教材實驗方案

[差異解讀](1)實驗原理和實驗方案與粵教版實驗方案相同。(2)與粵教版相比，多了調節(jié)桿和透鏡。實驗原理與操作(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是______。(單選)A．減小單縫與光源間的距離B．減小單縫與雙縫間的距離C．增大透鏡與單縫間的距離D．增大雙縫與測量頭間的距離[解析]

(1)若粗調后看不到清晰的干涉條紋，看到的是模糊不清的條紋，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行；要使條紋變得清晰，值得嘗試的是調節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行，故C正確。[答案]

(1)C

(2)D(1)牢記實驗儀器在光具座上的排列順序。(2)弄清影響條紋清晰度的因素。(3)弄清影響條紋間距的因素。

[典例]

某同學利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光；調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問題：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學可________；A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動C．將屏向遠離雙縫的方向移動D．使用間距更小的雙縫數(shù)據(jù)處理和誤差分析(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝________；(3)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為________nm(結果保留3位有效數(shù)字)。1．[實驗操作的創(chuàng)新]某同學做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗，實驗裝置如圖1所示(1)某同學經過粗略的調試后，出現(xiàn)了干涉圖樣，但不夠清晰，以下調節(jié)方法中正確的是________。A．旋轉測量頭

B．上下?lián)軇咏饘贀軛UC．左右撥動金屬撥桿

D．前后撥動金屬撥桿創(chuàng)新考查角度和創(chuàng)新思維(2)

該同學通過測量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時，發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，如圖2所示，若要使兩者對齊，該同學應________。A．僅左右轉動光源

B．僅旋轉單縫C．僅旋轉雙縫

D．僅旋轉測量頭(3)如圖所示中條紋間距表示正確的是________。答案：(1)C

(2)D

(3)C解析：(1)若粗調后看不到清晰的干涉條紋，看到的是模糊不清的條紋，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行；要使條紋變得清晰，值得嘗試的是調節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行，所以需要左右移動撥桿。故C正確，A、B、D錯誤。(2)要想使亮條紋與分劃板豎線對齊，該同學應調節(jié)測量頭，故A、B、C錯誤，D正確。(3)干涉條紋的間距等于一個亮條紋與一個暗條紋的寬度的和，為兩個相鄰的亮條紋(或暗條紋)的中心之間的距離，故圖C是正確的。2．[實驗原理的創(chuàng)新]洛埃德在1834年提出了一種更簡單的觀察光的干涉現(xiàn)象的裝置——洛埃德鏡。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到平面鏡后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是S′。(1)通過洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實驗得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個縫，______________相當于另一個“縫”。(2)實驗表明，光從光疏介質射向光密介質，在界面處發(fā)生反射時，若入射角接近90°，反射光與入射光相比，相位有π的變化，即半波損失。如果把光屏移動到和平面鏡接觸，接觸點P處是________(填“亮條紋”或“暗條紋”)。(3)實驗中，已知單縫S到平面鏡的距離為h＝0.15mm，單縫到光屏的距離為D＝1.2m，觀測到第3條亮條紋到第12條亮條紋的中心間距為22.78mm，則該單色光的波長λ為______m(結果保留3位有效數(shù)字)。解析：(1)如果S被視為雙縫中的一個縫，S經平面鏡成的像S′相當于另一個“縫”。(2)如果把光屏移動到和平面鏡接觸，入射角接近90°，反射光與入射光相比相位有π的變化，即半波損失，所以接觸點P處是暗條紋。答案：(1)S經平面鏡成的像S′

(2)暗條紋(3)6.33×10－71．在“用雙縫干涉實驗測定光的波長”的實驗中，裝置如圖所示，雙縫間的距離d＝3mm。(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__________________。(2)若測得雙縫與屏之間的距離為0.70m，通過測量頭(與螺旋測微器原理相似，手輪轉動一周，分劃板前進或后退0.5mm)觀察第1條亮條紋的位置如圖甲所示，觀察第5條亮條紋的位置如圖乙所示。則可求出紅光的波長λ＝________m。(保留一位有效數(shù)字)(3)某位同學在測定光波波長的實驗中，透過測量頭上的目鏡觀察雙縫干涉圖樣時發(fā)現(xiàn)，只在左側視野中有明暗條紋出現(xiàn)，而右側沒有，應如何調節(jié)？2．如甲圖所示，某同學在“用雙縫干涉實驗測定光的波長”的實驗中：(1)如圖乙是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是________(填字母)。(2)下述現(xiàn)象中能夠觀察到的是________。A．將濾光片由藍色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬B．將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬C．換一個兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄D．去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失(3)如果測得第一條亮條紋中心與第六條亮條紋中心間距是11.550mm，求得這種單色光的波長為______m。(已知雙縫間距d＝0.2mm，雙縫到屏的距離l＝700mm)解析：(1)雙縫干涉條紋特點是等間距、等寬度、等亮度，根據(jù)此特點知A圖是干涉條紋。答案：(1)A

(2)AC

(3)6.6×10－73．(2022·廣州高二檢測)現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、________、A。(2)如圖所示，A、B、C、D代表雙縫產生的四種干涉圖樣，回答下列問題：①如果A圖樣是紅光通過雙縫產生的，那么換用紫光得到的圖樣用________圖樣表示最合適；②如果將B圖樣的雙縫距離變小，那么得到的圖樣用________圖樣表示最合適。(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋中心對齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時手輪上的示數(shù)為2.320mm，然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻度線與第6條亮條紋中心對齊，記下此時手輪上的示數(shù)為13.870mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為________mm(保留3位小數(shù))。(4)已知雙縫間距d＝2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l＝0.700m，由公式λ＝________，求得所測紅光的波長為________mm(保留2位有效數(shù)字)。答案：(1)E、D、B

(2)①C

②D

(3