1、实验 用双缝干涉测光的波长 一、 考情分析 考试大纲 考纲解读 实验十五 用双缝干涉测光的波长 二、考点知识梳理 实验目的：1. 明确实验器材的构成及其作用. 2.观察白光及单色光的双缝干涉图样. 3.测定单色光的波长. 实验原理： 1、光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通 过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从 屏上观察到.图样中相邻两条亮(暗)纹间的距离x 与 双缝间的距离 d、双缝到屏的距离 L、单色光的波长 之间满足 .通过测量 d、L、x 就可计算出 光的波长. 2、双缝间的距离 d 是已知的，双缝到屏的距离 L 可以用_测出，相 邻两条亮（暗）纹间的距离 x 用_（如
2、图实 14-1）测出. 测量头由_、_、_等构成.转动手轮，分划板会左右移动. 测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的_（如图实 14-2） ，记下此时手 轮上的读数. 转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数. 两次读数_就表示这两条条纹间的距离. 实验器材：双缝干涉仪、米尺、测量头. 三、考点知识解读 剖析： （一） 、实验步骤： 、观察双缝干涉图样： 1如图实 14-3 所示，把直径约 10cm、长约 1m 的遮光简水平放在光具座 图 14-1 图 14-2 上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏. 图 14-3 2取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出
3、的一束光能够沿着遮 光筒的轴线把屏照亮. 3放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离约为 5 cm10 cm，使缝相互平 行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样. 4. 在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样. 5分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化. 测定单色光的波长： 6已知双缝间的距离 ，用米尺测出双缝到屏的距离 ，用测量头测出相dL 邻两条亮(暗)纹间的距离 ，由 ，算单色光的波长.为了减小误差，xxl 可测出 条亮纹(暗)纹间的距离 ，则可以求出相邻两条亮（暗）纹间的距离na .1xa 例如，转动测量头上的手轮，把分划板上的刻线对准视场左边的某
4、一亮条 纹（记下读数 ） ，把分划板向右移动，使之对齐第 7 条亮条纹（记下读数 ） ，1x 2x 则 .26 7换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间距的变化，并求出相应色光 图 14-4 的波长. （二） 、注意事项： 1单缝双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离 应相等. 2测双缝到屏的距离，可用米尺测多次取平均值. 3测条纹间距 时，用测量头测出 条亮（暗）纹间的距离 ，求出相邻xna 的两条明（暗）纹间的距离 .1xa 4.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。 5.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软片轻轻擦
5、去。 6.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。 7.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。 8.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝， 测量头与遮光筒不共轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不 平行所致，故应正确调节。 （三） 、数据处理方法 单色光波长的求解： 范例：用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离 的大小恰好是图d 实 14-5 中游标卡尺的读数，双缝到毛玻璃屏间的距离 的大小也由图实 14-6 中L 毫米刻度尺读出.实验时先移动测量头上的手轮，把分化线对准靠近最左边的一 条明
6、条纹（如图实 14-7 所示） ，并记下螺旋测微器的读数 （如图实 14-8 所示）1a ，然后转动手轮，把分划线向右边移动，直到对准第 7 条明条纹并记下螺旋测 微器的读数 （如图实 14-9 所示） ，试由以上测量数据求该单色光的波长. 2a 图 14-5 由图实 14-5 读得所用双缝间距 d0.25mm. 图实 14-6 中双缝的位置 ，毛玻璃屏的位置 ，则双10Lm2938.Lm 缝到屏的间距 .832L 图简谱 14-8 和图 14-4-9 中手轮的初始读数为 ，转动手轮，分10.a 划板中心刻线移动到第 7 条线时手轮读数 ，则相邻亮条纹间的距24.7 离 . 图 14-6 图
7、14-8 图 14-9 图 14-7 （四） 、误差来源及分析 1.光波的波长很小， 、 的测量对波长 的影响很大.xl 2.在测量 时，一般用毫米刻度尺，而测量 时，用千分尺.l x 3.多次测量求平均值减小偶然误差. 例题 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，要把它们放在图实 14-10 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. 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 . 本实验的步骤有： 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
8、把屏 照亮； 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； 用米尺测量双缝到屏的距离； 用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离. 在操作步骤时还应注意_和_. 将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第 1 条亮纹， 此时手轮上的示数如图实 14-11 所示.然后同方向转动测量头，使分划板中心刻 线与第 6 条亮纹中心对齐，记下此时图实 14-12 中手轮上的示数 _mm，求得相邻亮纹的间距 x 为_mm. 遮光 筒 图 14-10 图 14-11 0 35 30 10 4 0 3 5 图 14-12 已知双缝间距 d 为 2.01
9、0-4m，测得双缝到屏的距离 l 为 0.700m，由计算式 =_，求得所测红光波长为_nm. 【思路点拨】 滤光片 E 是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取点光源，双缝屏是获得相 干光源，最后成像在毛玻璃屏.所以排列顺序为： 、 、 、 、 .CEDBA 在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、 双缝间的距离大约为 5cm10cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的 中心在同一轴线上. 螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可 动刻度，读数为 13.870mm.图中读数为 2.320mm，所以相邻条纹间距：13.8702.3105xm
10、由条纹间距公式 得： ，代入数值得：lxddxl .726.106.10n 【变式训练】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（如图实 14-13 1） ，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。 已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有 50 分度。某同学调整手 轮后，从测量头的目镜看去，第 1 次映入眼帘的干涉条纹如图 2（a）所示，图 2（a）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图 2（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
11、 3（a）所示，此时图 3（b）中游标尺上的读数 x2= ； 利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹（或暗纹）间的距离xA = mm；这种色光的波长 = nm。 解析：由游标卡尺的读数规则可知 x2=15.0mm+10.02mm=15.02mm；图 2（a）中暗纹与图 3（a ）中暗纹间的间隔为 6 个，故 x=（ x2- x1）/6=(15.02-1.16)/6=2.31mm ；由x=L/d 可知 =d x/L=0.20mm2.31mm/700mm=6.6102nm。 四、考能训练 A 基础达标 1.在做双缝干涉实验时，若在双缝后各放置一个偏振片，当两个偏振片的透 振方向相互垂直时( )
12、A光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度减小 B光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度增大 C干涉条纹消失，但仍有光照射到光屏上 图 14-13 D干涉条纹消失，光屏上一片黑暗 2.关于双缝干涉测光的波长实验，下列说法正确的是( ) A滤光片放在单缝与双缝之间 B测量 时，分划板刻线竖直放置x C从第 1 条到第 n 条亮纹中央距离为 ，则相邻亮条纹间距为a 1axn D换用不同滤光片后应调节单、双缝间距才能看到干涉条纹 3.用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ） A相邻干涉条纹之间距离相等 B中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍 C屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大 D在实验装置不变
13、的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距 4.某同学在做双缝干涉实验时，按要求安装好实验装置，在光屏上却观察不 到干涉图样，这可能是因为( ) A光源发出的光束太强 B单缝与双缝不平行 C没有安装滤光片 D光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大 5.如图实 14-14 所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的 光学元件依次为光源、_、_、_、遮光筒、 光屏.对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取 _或_的方法. 图 14-14 6.在用双缝干涉测光的波长的实验中，准备了下列仪器： A白炽灯 B双窄缝片 C单窄缝片 D滤光片 E毛玻 璃光屏 （1）把以上仪器
14、安装在光具座上，自光源起合理的顺序是（填字母） _ （2）在某次实验中，用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹， 其中亮纹 、 的位置利用测量头上的分划板确定，如图所示.其中表示 纹位置ac a （图实 14-14）的手轮读数为_mm， 纹位置（图实 14-15）的手轮读c 数为_mm. （3）如果上述实验中双缝与光屏间距为 0.500m，所用的双窄缝片是相距 0.18mm 规格的双窄缝片，则实验中所用单色光的波长为_m .（结果 保留 3 位有效数字） 7.如图实 14-16 所示,某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分 划板中心刻度线对齐 条纹中心时(图 a),游标
15、卡尺的示数为 0.03 cm,第二次分划A 板中心刻度线对齐 条纹中心时(图 b),游标卡尺的示数如图 c 所示,已知双缝间B 距离为 0.2 mm,从双缝到屏的距离为 0.75 m.则图 c 中游标卡尺的示数为 _ cm,所测光波的波长为_nm. 图 14-14 图 14-15 图 14-16 8. (1)如图实 14-17 所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置 的光学元件依次为光源、 、 、 、遮光筒、 光屏.对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取 或 的方法。 9.用双缝干涉测光的波长.实验装置如图实 14-18 所示，已知单缝与双缝间的距离 L1=100
16、mm，双缝与屏的距离 L2=700mm，双缝间距 d=0.25mm.用测量头来测量亮纹中心 的距离.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板 的中心刻线对准亮纹的中心（如图实 14-19 所示） ，记下此时手轮上的读数，转动测量头， 使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数. （1）分划板的中心刻线分别对准第 1 条和第 4 条亮纹的中心时，手轮上的 读数如图实 14-20 所示，则对准第 1 条时读数 x1=_mm、对准第 4 条时读 数 x2=_mm （2）写出计算波长 的表达式，=_（用符号表示） ， =_nm 光源 滤光片 单缝 双缝 遮
17、光筒 屏 图 14-18 L1 L2 1 5 2 0 5 1 0 0 2 0 2 5 1 5 图 14-20 第 1 条时 读数 第 4 条时 读数 1 5 2 0 5 1 0 0 3035 40 4 5 图 14-19 图 14-17 10.在用双缝干涉测光的波长的实验中：已知双缝到光屏之间的距离是 600mm，双缝之间的距离是 0.20mm，单缝到双缝之间的距离是 100mm，某同 学在用测量头测量时，先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮 纹（记作第 1 条）的中心，这时手轮上的示数如图实 14-21 左图所示。然后他 转动测量头，使分划板中心刻线对准第 7 条亮纹的中心，这时
18、手轮上的示数如 图实 14-21 右图所示。这两次示数依次为_mm 和_mm。由此可以 计算出这次实验中所测得的单色光的波长为_nm 。 0 10 15 0 5 10 25 30 一下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离 A增大单缝和双缝之间的距离 B增大 双缝和光屏之间的距离 C将红色滤光片改为绿色滤光片 D增大双缝之间的距离 11.（09 年上海物理）如图实 14-22 为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉 条纹的间距变大可改用长更_（填长、短）的单色光，或是使双缝与 光屏间的距离_（填增大、减小） 。 图 14-21 图 14-22 五、宽乘高 （2009 年北京卷 21 ） （1
19、）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 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。 已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有 50 分度。某同学调整手轮 后，从测量头的目镜看去，第 1 次映入眼帘的干涉条纹如图 2（a）所示，图 2（a）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图 2（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 3（a ）所示，此时图 3（b）中游标尺上的读数 x2= ； 利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹（或暗纹）间的距离 = xA mm；这种色光的波长 = nm。 【解析】由游标卡尺的读数规则可知 x2=15.0mm+10.02mm=15.02mm；图 2（a）中暗纹与图 3（a ）中暗纹间的间隔为 6 个，故 x=（x 2x 1） /6=(15.021.16)/6=2.31mm；由x =L/d可知： =dx/L=0.20mm2.31mm/700mm=6.6102nm。 答案 15.02 2.31；6.610 2
