第4講　實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)

第4講實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．理解雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理。2．觀察雙縫干涉圖樣，掌握實(shí)驗(yàn)方法。3．測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。三、實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭、刻度尺。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．觀察雙縫干涉圖樣(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖甲所示。(2)接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達(dá)光屏。(4)安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5～10cm。(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。六、注意事項(xiàng)1．調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時(shí)，要注意調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。2．放置單縫和雙縫時(shí)，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。3．調(diào)節(jié)測(cè)量頭時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條亮條紋間的距離。4．不要直接測(cè)Δx，要測(cè)多條亮條紋的間距再計(jì)算得到Δx，這樣可以減小誤差。5．白光的干涉實(shí)驗(yàn)觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層。七、誤差分析1．雙縫到光屏的距離l的測(cè)量存在誤差。2．測(cè)條紋間距Δx帶來(lái)的誤差：(1)干涉條紋沒(méi)有調(diào)整到最清晰的程度。(2)誤認(rèn)為Δx為亮條紋的寬度。(3)分劃板中心刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒(méi)有恰好位于亮條紋中心。(4)測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．如圖，在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃。(1)②、③、④三個(gè)光學(xué)元件依次為_(kāi)_______(填正確答案的標(biāo)號(hào))。A．濾光片、單縫、雙縫 B．單縫、濾光片、雙縫C．單縫、雙縫、濾光片

D．濾光片、雙縫、單縫(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅色濾光片換為綠色濾光片，則相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離________(填“變大”或“變小”)。答案：(1)A

(2)變小2．在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)，正確的是________。A．燈絲與單縫和雙縫必須平行放置B．干涉條紋與雙縫垂直C．干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關(guān)D．干涉條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)(2)當(dāng)測(cè)量頭中的分劃板中心刻線對(duì)齊某條紋的中心時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖甲所示，該讀數(shù)為_(kāi)_______mm。(3)如果測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖乙所示，則在這種情況下測(cè)量干涉條紋的間距Δx時(shí)，測(cè)量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值。答案：(1)AD

(2)0.700

(3)大于考查點(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．某同學(xué)利用圖示裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問(wèn)題：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可______；A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)D．使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測(cè)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(zhǎng)λ＝________；(3)某次測(cè)量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300mm，測(cè)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(cè)單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。4．某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)，他用帶有游標(biāo)尺的測(cè)量頭(如圖乙所示)測(cè)量相鄰兩條亮條紋間的距離，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊某一條亮條紋(將這一條紋確定為第一亮條紋)的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丙所示；轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊第六亮條紋的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丁所示，則：(1)圖丙的讀數(shù)x1＝________mm；(2)圖丁的讀數(shù)x2＝______mm。(3)實(shí)驗(yàn)中所用的雙縫間的距離d＝0.20mm，雙縫到屏的距離L＝60cm，則實(shí)驗(yàn)中計(jì)算波長(zhǎng)的表達(dá)式λ＝________(用題目中給出的已知量和直接測(cè)量量的符號(hào)表示)。(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可得實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的光的波長(zhǎng)λ＝______nm。解析：(1)題圖丙中的主尺讀數(shù)為1mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×3mm＝0.15mm，所以圖丙的讀數(shù)x1＝1mm＋0.05×3mm＝1.15mm。(2)題圖丁中的主尺讀數(shù)為8mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×19mm＝0.95mm，所以圖丁的讀數(shù)x2＝8mm＋0.05×19mm＝8.95mm。二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1．在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上，如圖甲所示，并選用縫間距d＝0.2mm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。(1)已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是1mm，游標(biāo)尺上有50個(gè)分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)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(xué)給各亮條紋的編號(hào)，此時(shí)圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1＝1.16mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示，此時(shí)圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2＝________mm。(2)利用上述測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離Δx＝________mm；這種色光的波長(zhǎng)λ＝________nm。答案：(1)15.02

(2)2.31

660創(chuàng)新角度(二)實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新2．洛埃德在1834年提出了一種更簡(jiǎn)單的觀察干涉的裝置。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屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過(guò)平面鏡成的像是S′。(1)通過(guò)如圖所示的裝置在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個(gè)縫，______________相當(dāng)于另一個(gè)“縫”；(2)實(shí)驗(yàn)表明，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)在界面發(fā)生反射時(shí)，在入射角接近90°時(shí)，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(dòng)到和平面鏡接觸，接觸點(diǎn)P處是__________(填寫“亮條紋”或“暗條紋”)；(3)實(shí)驗(yàn)中已知單縫S到平面