第5节 实验：用双缝干涉测量光的波长

实验器材双缝干涉实验仪(包括：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光管、拨杆、光屏及测量头)、学生电源、导线、米尺。

实验步骤1．器材的安装与调整(1)把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行。(2)在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直。再装好单缝管，使单缝与双缝平行。(3)让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高。灯丝与单缝之间的距离约为25cm。点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡，反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心。2．观察双缝干涉图样(1)在遮光管的另一端装上测量头。在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直到看到白光的干涉条纹最清晰，这时看到的彩色干涉条纹的特征是：中央为一条白色亮条纹，称为零级亮条纹；其余各级亮条纹都是彩色的，彩色条纹的排列以零级亮条纹为中心左右对称。在第一级亮条纹中，红色在最外侧。2．改变双缝中心距离d，重复上述实验。

误差分析

产生原因减少方法偶然误差l和Δx的测量多次测量取平均值系统误差分划板刻线与干涉条纹不平行调节单、双缝使分划板刻线与干涉条纹平行

注意事项1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行。2．要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。3．测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。4．要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δx。5．照在光屏上的像很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。二、他版教材实验多融通(一)鲁科版教材实验方案

[差异解读](1)实验原理和实验方案与教科版实验方案相同。(2)与教科版相比少了透镜。(二)粤教版教材实验方案

[差异解读](1)实验原理和实验方案与教科版实验方案相同。(2)与教科版相比，少了透镜和拨杆。[典例1]

图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中：(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是__________。(单选)A．旋转测量头B．增大单缝与双缝间的距离C．调节拨杆使单缝与双缝平行实验原理与操作(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是______。(单选)A．减小单缝与光源间的距离B．减小单缝与双缝间的距离C．增大透镜与单缝间的距离D．增大双缝与测量头间的距离[解析]

(1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故C正确。[答案]

(1)C

(2)D(1)牢记实验仪器在光具座上的排列顺序。(2)弄清影响条纹清晰度的因素。(3)弄清影响条纹间距的因素。[典例2]

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数据处理和误差分析(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)。1．[实验原理的创新]如图所示为“双棱镜干涉”实验装置，其中S

为单色光源，A为一个顶角略小于180°的等腰三角形棱镜，P为

光屏。S位于棱镜对称轴上，屏与棱镜底边平行。调节光路，可

在光屏上观察到干涉条纹。这是由于光源S发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时，两个分别位于图中S1和S2位置的相干光源所发出的光的叠加(S1和S2的连线与棱镜底边平行)。已知S1和S2的位置可由其他实验方法确定，类比“用双缝干涉测量光的波长”的实验，可以推测出若要利用“双棱镜干涉”测量光源S发出的单色光的波长，需要测量的物理量是________________、_____________和________________。创新考查角度和创新思维答案：S1和S2之间的距离d

S1(或S2)与光屏间的距离l干涉条纹的间距Δx2．[实验原理的创新]洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃德镜。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光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光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)通过洛埃德镜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，在界面处发生反射时，若入射角接近90°，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“亮条纹”或“暗条纹”)。(3)实验中，已知单缝S到平面镜的距离为h＝0.15mm，单缝到光屏的距离为D＝1.2m，观测到第3条亮条纹到第12条亮条纹的中心间距为22.78mm，则该单色光的波长λ为______m(结果保留3位有效数字)。答案：(1)S经平面镜成的像S′

(2)暗条纹(3)6.33×10－71．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验器材按要求安装在光具座上，如图所示。在实验前已获知的数据有：双缝的间距为d，双缝到屏的距离为l。(1)为了达到实验目的，根据已标明的实验器材，可判断出M处的实验器材是_____。(2)分别选用红色和蓝色滤光片做实验，得到的干涉图样是四幅图中的两幅。则用红色滤光片做实验得到的干涉图样是其中的________。(3)经测量，红光干涉相邻两条亮条纹间的距离为Δx，请据此写出能够反映红光波长大小的表达式λ＝________。(4)该实验中l＝700mm，已知d的数量级为10－4m，相邻两条亮条纹间距的数量级为10－3m，由此可推断红光的波长数量级约为________m。A．10－3

B．10－5

C．10－7

D．10－9答案：(1)单缝(2)A

(3)d

(4)C2．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。(1)某同学经过粗略的调试后，出现了干涉图样，但不够清晰明亮，则他需要调节装置中的一个部件是______(选填“C”“D”“E”或“F”)。(2)如图乙所示，转动测量头上的手轮，分划板中心刻线对准靠近最左边的第1条明条纹中心，如图丙所示为此时手轮上的示数x1，继续转动手轮，使分划板中心刻线向右边移动，直到对准第7条明条纹中心，此时手轮的读数为x7。则手轮的读数x1＝______mm。已知双缝间距离为d，双缝到毛玻璃屏的距离为l，则单色光波长的表达式为λ＝______(用字母d、l、x1、x7表示)。(3)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．使用间距更大的双缝C．将屏向远离双缝的方向移动D．将红色滤光片换成绿色滤光片3．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置B．干涉条纹与双缝垂直C．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关D．干涉条纹间距与光的波长有关以上几点中你认为正确的是________。(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，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，如图丙所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。答案：(1)ACD

(2)0.704

(3)大于4．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A。(2)本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。在操作步骤②时还注意单缝、双缝应______________且二者相距5～10cm。(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对