人教版高考物理一轮复习第13章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验17用双缝干涉测光的波长学案

实验十七　用双缝干涉测光的波长

一、实验目的

1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。

2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。

3．测定单色光的波长。

二、实验原理

相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为Δx＝λ。

三、实验器材

双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。

四、实验步骤

(1)安装仪器：

①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。

②接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。

③安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。

(2)观察与记录。

①调单缝与双缝间距为5～10 cm时，观察白光的干涉条纹。

②在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

③调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离Δx＝。

④换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。

(3)数据处理：用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由

公式λ＝Δx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。

五、注意事项

(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。

(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。

(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。

(4)不要直接测Δx，要测几个条纹的间距，计算得Δx，这样可以减小误差。

(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边。

特别提醒：(1)实验中滤光片的作用是获得单色光，要测量某种单色光的波长，实验中必须使用滤光片。

(2)单缝相当于一个单色光光源，双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源。

核心考点·重点突破

HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO

考点　实验原理及数据分析

例　(2020·河北承德第一中学月考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，装置如图甲所示。

甲

(1)对于单色光，下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是BC。

A．把③向左侧移动少许

B．把⑤向右侧移动少许

C．将绿色滤光片改为红色滤光片

D．增大双缝之间的距离

(2)将测量头的分划板中心刻度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乙所示。然后转动测量头，使分划板中心刻度线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为13.870 mm，求得相邻亮纹的间距Δx为2.310 mm。

(3)已知双缝间距为0.2 mm，双缝到屏的距离为0.7 m，则所测光的波长为660 nm。

[解析]　(1)③是单缝，把③向左侧移动少许，由Δx＝λ可知，条纹间距不变，故A错误；⑤是光屏，把⑤向右侧移动少许，L变大，条纹间距变大，故B正确；将绿色滤光片改为红色滤光片，波长λ变大，条纹间距变大，故C正确；增大双缝之间的距离d，条纹间距减小，故D错误。

(2)由题图乙可知，螺旋测微器示数为x1＝2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm。

由题图丙可知，螺旋测微器示数为x2＝13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm，

条纹间距Δx＝＝ mm＝2.310 mm。

(3)由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，波长λ＝＝ m＝6.6×10－7 m＝660 nm。

2年高考·1年模拟

2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI

(2019·全国卷Ⅱ，34(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B。

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0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为 7.56 mm。则所测单色光的波长为630 nm(结果保留3位有效数字)。

[解析]　(1)相邻明(暗)干涉条纹的宽度Δx＝λ，要增加观察到的条纹个数，即减小Δx，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，选项B正确。

(2)第1条到第n条暗条纹间的距离为Δx，则相邻暗条纹间的距离Δx′＝，又Δx′＝λ，解得λ＝。

(3)由λ＝，代入数据解得λ＝630 nm。