第4讲　实验：用双缝干涉测量光的波长

第4讲实验：用双缝干涉测量光的波长一、实验目的1．理解双缝干涉实验原理。2．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。3．测定单色光的波长。三、实验器材双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。四、实验步骤1．观察双缝干涉图样(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图甲所示。(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。(4)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，二者间距约为5～10cm。(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。六、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．白光的干涉实验观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层。七、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。一、基础考法保住分考查点(一)实验原理与操作1．如图，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃。(1)②、③、④三个光学元件依次为________(填正确答案的标号)。A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝C．单缝、双缝、滤光片

D．滤光片、双缝、单缝(2)如果实验时将红色滤光片换为绿色滤光片，则相邻亮条纹(暗条纹)间的距离________(填“变大”或“变小”)。答案：(1)A

(2)变小2．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，正确的是________。A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置B．干涉条纹与双缝垂直C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D．干涉条纹的间距与光的波长有关(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图甲所示，该读数为________mm。(3)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，如图乙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。答案：(1)AD

(2)0.700

(3)大于考查点(二)数据处理与误差分析3．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可______；A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm，则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。4．某同学用如图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第六亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则：(1)图丙的读数x1＝________mm；(2)图丁的读数x2＝______mm。(3)实验中所用的双缝间的距离d＝0.20mm，双缝到屏的距离L＝60cm，则实验中计算波长的表达式λ＝________(用题目中给出的已知量和直接测量量的符号表示)。(4)根据以上数据，可得实验中测出的光的波长λ＝______nm。解析：(1)题图丙中的主尺读数为1mm，游标尺读数为0.05×3mm＝0.15mm，所以图丙的读数x1＝1mm＋0.05×3mm＝1.15mm。(2)题图丁中的主尺读数为8mm，游标尺读数为0.05×19mm＝0.95mm，所以图丁的读数x2＝8mm＋0.05×19mm＝8.95mm。二、创新考法不失分创新角度(一)实验器材的创新1．在“用双缝干涉测光的波长”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，并选用缝间距d＝0.2mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l＝700mm。然后，接通电源使光源正常工作。(1)已知测量头主尺的最小刻度是1mm，游标尺上有50个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各亮条纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm。(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm。答案：(1)15.02

(2)2.31

660创新角度(二)实验方法的创新2．洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。(1)通过如图所示的装置在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，______________相当于另一个“缝”；(2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质在界面发生反射时，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是__________(填写“亮条纹”或“暗条纹”)；(3)实验中已知单缝S到平面