实验十八用双缝干涉测量光的波长

第十三章光与电磁波实验十八用双缝干涉测量光的波长目录CONTENT立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点0201Part01立足“四层”·夯基础⁠一、实验目的1.了解光产生稳定干涉现象的条件。2.观察白光及单色光的双缝干涉图样。3.掌握用测量头测量条纹间距的方法。4.测量单色光的波长。

三、实验器材双缝干涉仪（光具座、单缝片、双缝片、滤光片、遮光筒、光屏、光源、测量头）、电源、导线、刻度尺。四、实验过程1.安装双缝干涉仪（1）先将光源（线状光源）、遮光筒、光屏依次放于光具座上，如图所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。（2）将单缝和双缝安装在光具座上，在遮光筒有光屏的一端安装测量头，如图所示。①光源、单缝、双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上。②双缝与单缝平行。③调整分划板位置，使分划板中心刻线位于光屏中央。2.观察双缝干涉图样（1）调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮。在屏上就会看到白光的双缝干涉图样。（2）将红色（或绿色）滤光片套在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹。（3）改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化。3.测量单色光的波长（1）转动测量头上的手轮，使分划板中心刻线对齐某一条亮条纹中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线对齐另一条亮条纹中心，记下手轮上的读数a2。

（4）换用不同颜色的滤光片重复上述步骤，并求出相应的波长。五、误差分析1.刻度尺和测量头出现的读数误差对实验结果的影响很大；因此采取多测几条条纹间距和多次测量取平均值的办法减小误差。2.单缝、双缝不是严格相互平行，其中心没有位于遮光筒的轴线上以及单缝到双缝的距离不是严格相等造成误差。应尽量把单缝、双缝调平行，调节单缝到双缝的距离相等并使它们的中心大致位于遮光筒的轴线上。Part02着眼“四翼”·探考点（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；

⁠【典例1】

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1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。解析

（1）为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝，即E、D、B。答案

（1）E

D

B

（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用测微目镜（其读数方法同螺旋测微器）测量数条明纹间的距离在操作步骤②时，还应注意

⁠和

⁠，为了增加屏上相邻明纹（暗纹）间的距离，可采取

⁠或

⁠的方法；

答案

（2）单缝和双缝间距

单缝与双缝相互平行

减小双缝间距离

增大双缝到屏的距离

（3）将测微目镜的分划板中心刻线与某条明纹中心对齐，将该明纹定为第1条明纹，此时手轮上的示数如图2所示，然后同方向转动测微目镜，使分划板中心刻线与第6条明纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数为

⁠mm，求得相邻明纹的间距Δx为

⁠mm；

答案

（3）13.810

2.290

（4）已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ＝

⁠，可以求得所测红光波长为

⁠nm。

⁠1.（2023·江苏省南通市高三第一次模拟）利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的有（

）A.实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝B.将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变窄C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D.测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大

2.（2023·江苏淮安模拟）用双缝干涉测量光的波长实验装置如图所示，得到不同色光、不同双缝的干涉条纹，如图甲、乙、丙所示。甲、乙为不同单色光通过相同双缝产生的条纹，乙、丙为同种单色光通过不同双缝产生的条纹，则（

）A.若单缝和双缝不平行，毛玻璃上没有干涉条纹B.在遮光筒中没有干涉现象发生C.甲图单色光波长小于乙图单色光波长D.乙图双缝间距小于丙图双缝间距

3.（2023·江苏海安市实验中学高二期中）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1），并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。（1）组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则

⁠。

A.可观察到水平方向的干涉条纹B.可观察到竖直方向的干涉条纹C.看不到干涉现象解析：（1）因为该实验是双缝干涉实验，a是单缝，b是双缝，单缝是竖直放置，则双缝也需要竖直放置，观察到的是竖直方向的干涉条纹。故选B。答案：（1）B

（2）若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中

⁠。

A.观察不到干涉条纹B.可观察到明暗相向的白条纹C.可观察到彩色条纹解析：（2）若取下红色滤光片，白光干涉条纹为彩色的。故选C。答案：（2）C

（3）分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图2所示，则其读数为

⁠mm。

解析：（3）此游标卡尺精度值为0.05

mm，读数等于固定刻度读数与游标尺读数之和；故有x＝31

mm＋0.05×17

mm＝31.85

mm。答案：（3）31.85⁠【典例2】

洛埃德（H.Lloyd）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”；

解析

（1）根据图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S'相当于另一个“缝”。答案

（1）S经平面镜成的像S'

（2）实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时，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

⁠（选填“亮条纹”或“暗条纹”）；

解析

（2）根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹。答案

（2）暗条纹（3）实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15mm，单缝到光屏的距离D＝1.2m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78mm，则该单色光的波长λ＝

⁠m（结果保留3位有效数字）。

答案

（3）6.33×10－7【典例3】

小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验。（1）其中部分器材如下：A.白炽灯

B.凸透镜

C.单缝片D.滤光片 E.测量头

F.双缝片将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是（填字母）：A、B、

⁠、

⁠、F、E。

解析

（1）根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验中仪器的位置可知，从左向右依次为：白炽灯、凸透镜、滤光片、单缝片、双缝片、测量头。将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是：A、B、D、C、F、E。答案

（1）D

C

（2）某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是

⁠。

A.增加光源的功率B.将毛玻璃换成透明玻璃C.换一个面积更大的凸透镜D.调节测量头的位置解析

（2）为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内的光子数目增多，当增加光源的功率，导致单位时间内的光子数目增多，故A正确；将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；将凸透镜换成一个面积更大的凸透镜，则光的强度的增强，导致亮度增加，故C正确；调节测量头的位置，亮度不变，故D错误。答案

（2）AC（3）下列图示中条纹间距表示正确的是

⁠。

解析

（3）干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明条纹（或暗条纹）的中心之间的距离，故图C正确，图A、B、D错误。答案

（3）C

（4）如图所示的是小沈同学参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验中的

⁠。

A.单缝与双缝的缝距一定较大B.光的强度较小C.光源离双缝的距离较大D.双缝离光传感器的距离可能较小

答案

（4）D⁠1.（2023·江苏省昆山中学模拟）如图甲所示，为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置。（1）如图乙为拨杆，下列安装和操作都正确的是

⁠；

A.拨杆A处丫字叉套在单缝所在处的支柱，手持拨杆的C端，通过左右拨动来调节B小孔套住的双缝B.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱，手持拨杆的C端，通过手的左右拨动来调节A丫字叉套住的单缝C.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱，手持拨杆的C端，通过手的上下拨动来调节A丫字叉套住的单缝解析：（1）亮条纹与分划板中心刻线不平行时，需要左右拨动拨杆调节单缝直到使单缝与双缝相互平行，故A、C错误，B正确。答案：（1）B

（2）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.使用两缝之间间距更小的双缝

答案：（2）B2.如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离为l。然后，接通电源使光源正常工作。（1）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，如图所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，最终波长测量值

⁠（选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。如果想使中心刻线与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是

⁠。

A.仅转动透镜B.仅转动双缝C.仅转动手轮D.仅转动测量头解析：（1）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，干涉条纹的间距的测量值偏大，所以最终波长测量值大于实际值。发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，