人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案：4 4 实验：用双缝干涉测量光的波长

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE14实验：用双缝干涉测量光的波长〖学习目标〗1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理.2.学会安装实验器材，并能进行正确的实验操作、测量光的波长．一、实验器材图1所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头．另外，还有学生电源、导线、刻度尺等．图1二、实验思路光源发出的光经滤光片(装在单缝前)、单缝、双缝后在双缝右边的空间发生干涉．可以在毛玻璃屏上观察到干涉条纹，并由λ＝eq\f(d,l)Δx计算出波长．三、物理量的测量(双缝间的距离d已知)1．l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出．2．Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx用测量头测出．(1)测量头的构成：分划板、目镜、手轮等．(2)使用：①使分划板的中心刻线与某一条亮条纹的中心对齐(图2)，记下此时手轮上的读数a1.②转动测量头．使分划板中心刻线与第n条亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数a2.图2③相邻两条亮条纹间的距离Δx＝eq\f(|a2－a1|,n－1).四、实验步骤1．将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示．图32．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轴线到达光屏．4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10cm，这时可观察白光的干涉条纹．5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．6．测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx.7．分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长．五、注意事项1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件．2．滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去．3．安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10cm.4．调节的基本依据：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行．5．测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心．6．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近．一、实验原理与操作现有毛玻璃屏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4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．图4(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，由左到右，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，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；②按合理的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用刻度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时还应注意____________________和____________．〖答案〗(1)EDB(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当〖解析〗(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以表示各光学元件的字母排列顺序为：C、E、D、B、A.(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心位于遮光筒的轴线上．(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图5)，下列说法正确的是()图5A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B．测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐C．为了减小测量误差，可用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距Δx＝eq\f(a,n－1)D．某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方法是改用蓝光作为入射光〖答案〗BC〖解析〗调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误；测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐，故B正确；n条亮条纹之间有n－1个间距，相邻两条亮条纹的间距Δx＝eq\f(a,n－1)，故C正确；某同学用黄光作为入射光，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，为了增大干涉条纹的间距，应采用波长大于黄光的红光或橙光，不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光，故D错误．二、实验数据的处理在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，备有下列仪器：A．白炽灯 B．双缝C．单缝 D．滤光片E．光屏(1)把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是________．(填写字母代号)(2)已知双缝到光屏之间的距离l＝500mm，双缝之间的距离d＝0.50mm，单缝到双缝之间的距离s＝100mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图6所示．则入射光的波长λ＝________m(结果保留两位有效数字)．图6(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有________．A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光B．增大双缝到屏的距离C．增大双缝到单缝的距离D．增大双缝间距〖答案〗(1)ADCBE(2)6.4×10－7(3)AB〖解析〗(2)游标卡尺读数精确度为0.1mm，A位置主尺读数为11mm，游标尺读数为1×0.1mm＝0.1mm，读数为x1＝11mm＋0.1mm＝11.1mm，同理B位置读数为x2＝15.6mm，则相邻条纹间距Δx＝eq\f(x2－x1,7)≈0.64mm，则λ＝eq\f(d,l)Δx＝6.4×10－7m.(3)由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光、增大双缝到屏的距离或减小双缝间距，故A、B正确．

针对训练在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，调节测量头的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，如图7所示，此时手轮的读数是________mm.转动测量头，使分划板中心刻线向一侧移动到另一条亮条纹中心位置，再读出一组数．若实验测得4条亮条纹中心间的距离Δx＝0.960mm.已知双缝间距d＝1.5mm，双缝到屏的距离l＝100cm，则对应的光波的波长为λ＝________cm.图7〖答案〗1.1804.8×10－5〖解析〗根据手轮的读数规则，读数为1mm＋18.0×0.01mm＝1.180mm；相邻亮条纹间距Δx′＝eq\f(0.960mm,3)＝0.320mm根据Δx′＝eq\f(l,d)λ，代入数据解得λ＝eq\f(d·Δx′,l)＝4.8×10－7m＝4.8×10－5cm.1．(多选)(2021·天津实验中学月考)利用如图8所示的实验装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法正确的有()图8A．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，干涉条纹间距变宽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〖答案〗AB〖解析〗滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干光源，其排列顺序合理，故A正确；将滤光片由紫色换成红色，波长λ变长，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，条纹间距Δx增大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，Δx与此距离无关，故干涉条纹间距不变，故C错误；测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致Δx变小，则波长测量值偏小，故D错误．2．(2019·全国卷Ⅱ)某同学利用图9所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：图9(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)．〖答案〗(1)B(2)e