2024届高考物理复习讲义：实验十九 用双缝干涉实验测量光的波长

实验十九用双缝干涉实验测量光的波长

学习目标1.掌握由以=夕测光的波长的原理，并能测单色光波长。2.观察单

色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法。

夯实必备知识

实验原理实验操作注意事项

1.安装仪器(如图2)

光源泡光片单缝双缝遮光筒屏

邛I…i…看三千

AA

图2

⑴将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次1.调节双缝干涉仪

安放在光具座上。时，要注意调整光

⑵接好光源，打开开关，使白炽灯源的高度，使它发

出的光束能够沿

如图1所示，相邻两条正常发光。调节各部件的高度，使光

着遮光筒的轴线

亮(暗)条纹间的距离源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。

把屏照亮。

■与入射光波长九双(3)安装单缝和双缝，中心位于遮光

2放.置单缝和双缝

缝S1、S2间距离d及双筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平

时，缝要相互平

缝与屏的距离/满足关行。

行，中心大致位于

2.观察与记录

系式因此，

遮光筒的轴线上。

⑴调单缝与双缝间距为5〜1()cm

只要测出、/即

And时，观察白光的干涉条纹。3.调节测量头时，

可测出波长九

⑵在单缝和光源间放上滤光片，观应使分划板中心

察单色光的干涉条纹。刻线和亮条纹的

中心对齐。

(3)调节测量头，使分划板中心刻度

.不要直接测

线对齐第1条亮条纹的中心，记下手4Ax,

图1

轮上的读数转动手轮，使分划板要测多条亮条纹

向一侧移动，当分划板中心刻度线与的间距再计算得

第〃条相邻的亮条纹中心对齐时，记到战,这样可以减

下手轮卜的刻度数G,则相邻两亮条小误差。

纹I可的距离Ax=I—o

n—I

(4)换用不同的滤光片，测量其他色

光的波长。

数据处理

L条纹间距:3/2・波长：小3・测量多组数据，求幺的平均值。

误差分析

1.双缝到屏的距离/的测量存在误差。

2.测条纹间距故带来的误差如下：

⑴干涉条纹没有调整到最清晰的程度。

(2)误认为心为亮(暗)条纹的宽度。

(3)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。

(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。

研透核心考点

考点一教材原型实验

例1(2022・山东日照模拟)某同学利用如图3甲所示的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，从目镜中可以观察到干涉条

纹。回答下列问题：

(1)若想增加目镜中观察到的条纹个数，该同学可o

A.将单缝靠近双缝B.将屏靠近双缝

C.将屏远离双缝D.使用间距更大的双缝

(2)某次测量时，双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,当

分划板的中心刻线对准第1条亮条纹的中心时读数山=2.310mm,对准第5条亮

条纹的中心时读数如图乙所示，则读数照=mm,所测单色光的波长为

漉

单

光

光

缝

片

源

C-

10K目

测量头镜

甲

B./?=1()mm,d=1()mm,/=8()cm

C.h=1mm,d=0.2mm,/=80cm

D.//=1mm,d=10mm,/=10cm

(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5所

示，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6所示。

则在这种情况下波长的测量值________(填“大于”“小于”或“等于")实际值。

答案(1)C(2)4.945(3)大于

解析(1)光通过单缝后需形成线光源，因此人必须比较小；根据&1=夕，双缝

与屏的距离/越大，双健间距d越小，干涉条纹间距越大，条纹越清晰，故选C。

(2)手轮上分度值为0.01mm,故读数为4.5mm+44.5X0.01mm=4.945mm。

(3)条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值Ax安=1曷cos8

。为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故Ax实<〃居，由©=今得波长的测量值

大于实际值。

考点二拓展创新实验

例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7所示，单色

光从单缝5射出，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6。

⑴通过洛埃德镜在屏二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”。

⑵实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离〃=0.15mm,单缝到光屏的距离。=

1.2m,观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78mm,则该

单色光的波长2=m(结果保留1位有效数字)。

(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离。

A.将平面镜稍向上移动一些

R.将平面镜稍向右移动一些

C.将光屏稍向右移动一些

D.将光源由红色光改为绿色光

答案(l)S'(2)6X10-7(3)AC

解析(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)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78mm,则相邻亮条纹间

2778X\0-3

-3

距为2—m^2.53X10m,等效双缝间的距离为d=2/?=0.3()mm

12—3

=3.0X107巾，根据双缝干涉条纹间距\x=M人,则有4=华^=

30X10—4x2.53X10-3

m=6XIO-7m

L20

⑶根据双缝干涉条纹间距—=也可知，仅增大D,仅减小d,仅增大波长九

都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确。

提升素养能力

1.如图1甲所示，为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置。

甲

BC

NQ--------------

乙

图1

(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8处小孔套在双缝所在处的支柱，手持拨杆的。端，通过手的左右拨动

来调节A处丫字叉套住的单缝

C.拨杆3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处丫字叉套住的单缝

(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可o

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(1)B(2)B

解析(1)拨杆的作用是调整单缝的位置，使之与双缝平行，方法是手持拨杆的C

端，左右拨动来调节丫字叉套住的单缝，在目镜中得到清晰的干涉图样，故B

正确。

⑵若想增加从目镜中观察到的条纹个数，应减小干涉条纹间距，根据—=方可

知，可增大双缝间距或减小双缝到屏的距离，故B正确，A、C、D错误。

2.如图2甲所示：某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象：

(1)图乙、图丙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________o

滤

光1**1双

源缝

遮光筒

A

A

A

甲

|n

minii

丙

乙

图2

____o

____

的是

观察到

中能够

述现象

(2)下

距变宽

条纹间

，干涉

红色的

的换成

由蓝色

滤光片

A.将

变宽

纹间距

干涉条

后，

距离

小段

动一

缝移

向双

单缝

B.将

窄

间距变

涉条纹

缝，干

的双

较大

距离

之间

两缝

一个

C.换

象消失

干涉现

后，

光片

掉滤

D.去

种

得这

m,求

50m

是11.5

间距

中心

条纹

条亮

第六

心与

纹中

亮条

一条

得第

果测

(3)如

/=

距离

屏的

缝到

m,双

).2m

距d=(

缝间

知双

m(已

波长为

色光的

o

mm)

700

-7

10

)6.6X

(3

(2)AC

乙

⑴

答案

是中间

纹特点

衍射条

度；

等亮

度、

等宽

距、

等间

点是

纹特

涉条

缝干

(1)双

解析

。

条纹

干涉

图是

知乙