2020版高考一轮复习物理新课改省份专用学案：第十四章第4节实验：用双缝干涉实验测量光的波长

第4节　实验：用双缝干涉实验测量光的波长

一、实验目的

1．理解双缝干涉实验原理。

2．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。

3．测定单色光的波长。

二、实验原理

相邻两条亮条纹间距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，调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。

(3)安装单缝和双缝，注意使双缝和单缝的缝平行，并尽量使它们的中心位于遮光筒的轴线上。

2．观察与记录

(1)调整单缝与双缝间距为几厘米时，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条相邻的亮条纹中心对齐时，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。

五、数据处理

用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝λ得λ＝Δx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。

[基础考法]

1．在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。

(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，正确的是________。

A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置

B．干涉条纹与双缝垂直

C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关

D．干涉条纹的间距与光的波长有关

(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________ 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，如图丙所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值。(选填“大于”“小于”或“等于”)

解析：(1)为了获得清晰的干涉的亮条纹，A正确；干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的间距Δx＝λ与单缝宽度无关，与光的波长有关，C错误，D正确。

(2)手轮的读数为0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm。

(3)条纹与分划板不平行时，实际值Δx实＝Δx测cos θ，θ为条纹与分划板间的夹角，故Δx实<Δx测。

答案：(1)AD　(2)0.700　(3)大于

2．在观察光的双缝干涉现象的实验中：

(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的________。

(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)。

解析：(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确。

(2)根据Δx＝λ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄。

答案：(1)A　(2)变宽　变窄

3．(2015·全国卷Ⅰ)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________Δx2(选填“>”“＝”或“<”)。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

4．在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距d＝0.2 mm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＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。

(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________ mm。

(2)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Δx＝________ mm；这种色光的波长λ＝________ nm。

解析：(1)由游标尺的读数规则可知：

x2＝(15.0＋1×0.02)mm＝15.02 mm。

(2)题图乙(a)中暗纹与题图丙(a)中暗纹间的间隔为6个，故Δx＝＝2.31 mm；

由Δx＝λ可知λ＝＝660 nm。

答案：(1)15.02　(2)2.31　660