2021高考物理（选择性考试）人教版一轮学案：第十四章实验15　用双缝干涉测光的波长

实验15　用双缝干涉测光的波长

测定单色光的波长.

如图所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮（暗）条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.

两条相邻亮（暗）条纹间的距离Δx用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示.

双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、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.

1.观察双缝干涉图样

（1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.

（2）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遮光筒轴线到达光屏.

（4）安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.

（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.

2.测定单色光的波长

（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.

（2）使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图所示，记下手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝.

（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离l（d是已知的）.

（4）重复测量、计算，求出波长的平均值.

（1）条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝.

（2）根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离.

（3）测量时需测量多组数据，求λ的平均值.

（1）调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束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亮条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离.

（4）不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到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，红色在最外层.

（1）干涉条纹没有调整到最清晰的程度.

（2）误认为Δx为亮条纹的宽度.

（3）分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心.

（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.

考点一  教材原型实验

　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，要把它们放在如图甲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.

（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最佳顺序应为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

　　　　　　　　　　　　　　.

（3）将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示.然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为　　　　mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为　　　mm.

（4）已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝　　　　，求得所测红光波长为　　　　nm.

解析：（1）通过滤光片E获得单色光，通过单缝D获得线光源，通过双缝B获得相干光源，故最佳顺序为C、E、D、B、A.

（2）单缝和双缝间距为5～10 cm，使单缝与双缝相互平行.

（3）题图丙中固定刻度读数为13.5 mm，可动刻度读数为37.0×0.01 mm.二者相加为13.870 mm，图乙中的读数为2.320 mm，所以Δx＝ mm＝2.310 mm.

（4）根据Δx＝λ，得λ＝Δx，代入数据得λ＝6.6×102 nm.

答案：（1）E、D、B　（2）见解析　（3）13.870　2.310

（4）Δx　6.6×102

考点二  实验拓展创新

　在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1　　　　（选填“>”“＝”或“<”）Δx2.若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为　　　　mm.

解析：由公式Δx＝λ，可知Δx1>Δx2.相邻亮条纹之间的距离为Δx＝ mm＝2.1 mm，双缝间的距离d＝，代入数据得d＝0.300 mm.

答案：>　0.300