人教版 (新课标)选修34 实验：传感器的应用教学设计

实验：用双缝干涉测光的波长

(一)目的

了解光波产生稳定的干涉现象的条件；观察双缝干涉图样；测定单色光的波长。

(二)原理

据双缝干涉条纹间距得，波长。已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离L和条纹间距Δx，就可以求得光波的波长。

(三)器材

实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，如图实1所示，各部分元件包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏。

(四)步骤

1.将光源和遮光筒安装在光具座上,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏.

2.放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样.

3.在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样.

4.用米尺测出双缝到光屏的距离L,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)条纹间的距离Δx.

5.利用表达式,求单色光的波长.

6.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长.

(五)注意事项

1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行,并且双缝和单缝间的距离约为5~10cm.

2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏的中心在同一条轴线上。

3.测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心.

4.为减小实验误差,先测出n条亮(或暗)条纹中心间的距离a,则相邻两条亮(或暗)条纹间的距离.

(六)例题

例1.（1）如图实2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①光源、②______、③______、④______、⑤遮光筒、⑥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。

（2）如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件

是      （填数字代号）；

（3）转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读下手轮的读数如图实3所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读下手轮的读数如图实4所示。则：条纹的间距是        mm ；

（4）如果已经量得双缝的间距是0.30mm 、双缝和光屏之间的距离是900mm ，则待测光的波长是       m （取三位有效数字）。

第（1）问是考查基本常识。②滤光片、③单缝、④双缝。第（2）问则在教材的基础上有所深化。滤光片②是为了产生单色光，单缝③是为了产生相同频率的光射向双缝④，双缝④将一束单色光分为两束频率相同的相干光束，它们的设置都是为了满足干涉的条件。而激光本身已经具备很好的相干性，所以②③这两个部件的设置就都没有必要了。第（3）问考螺旋测微器的读数，第一个是0.045mm ，第二个是14.535mm ，它们的差值是14.490mm ，中间跨越了10－1 = 9个条纹间距，所以条纹间距是

第（4）考本实验的原理

(七)习题

1.在光的干涉实验中，如果两条狭缝间的距离增加一倍，光的波长减半，则相邻两暗条纹间的距离是原来的（    ）

A.4倍               B.0.5倍    C.0.25倍        D.不变

2.在双缝干涉实验中，用黄光得到一个干涉图样，若要使其干涉条纹间的距离变宽，可以采取的办法是（    ）

A.换用绿色的滤光片      B.换用红色的滤光片

C.使光源发出的光更强一些    D.使光屏向双缝靠拢一些

3.某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功.若他在此基础上对仪器的安装作如下改动，但还能使实验成功的是（     ）

A.将遮光筒内的光屏向靠近双缝的方向移动少许，其他不动

B.将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动

C.将单缝向双缝移动少许，其他不动

D.将单缝与双缝的位置互换，其他不动

4.在双缝干涉实验中,用白炽灯做光源在屏上出现了彩色干涉条纹,若用红色和绿色玻璃片各挡住一条缝,则屏上会出现(    )

   A.红色干涉条纹               B. 绿色干涉条纹  

C. 红绿相间的干涉条纹        D.无干涉条纹

5.分别以红光和紫光先后用同一装置进行双缝干涉实验,在屏上得到相邻的明条纹的距离分别为Δx1和Δx2,则(   )

A. Δx1<Δx2  

B. Δx1>Δx2

C.若双缝间距离d减小,而其他条件保持不变,则 Δx1增大

D. 若双缝间距离d减小,而其他条件保持不变,则 Δx1不变

6．双缝干涉实验装置如图实 5所示，红光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。则下列说法正确的是（    ）

A．若只减小两条狭缝S1、S2之间的距离，条纹间距将增大

B．若只减小两条狭缝与屏之间的距离，条纹间距将增大

C．若只在两条狭缝与屏之间插入一块与屏平行的平板玻璃砖，条纹间距将增大

D．若只把用红光照射改为用绿光照射，条纹间距将增大

7.利用图实 6中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法,其中正确的是(     )

A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄

B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽

C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽

D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄

E.去掉滤光片后，干涉现象消失

8.某同学利用双缝干涉实验装置测定红光的波长，已知双缝间距d= 0.20mm，双缝到屏的距离L=700mm，将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图实 7所示，此时的示数为        mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第五亮条纹的中心对齐，测出第五亮条纹与第一亮条纹的中心线间距离为9.240mm。由以上数据可求得该红光的波长为       m（保留两位有效数字）。       

9.某同学在《测定光波的波长》实验中，实验装置如图实 8所示。使用的双缝间距为0.025cm。实验时，首先调节        和       的中心使之位于遮光筒的中心轴线上，并使     和     竖直且互相平行。当屏上出现了干涉图样后，通过测微目镜（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第一条亮纹的位置如左图所示，第五条亮纹位置如右图所示，测出双缝与屏的距离为50.00cm，则待测光的波长λ=      nm。

10.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 9中图1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。

⑴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。

⑵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）测量数条亮纹间的距离。

  在操作步骤②时还应注意___________________和___________________。

⑶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2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3中手轮上的示数__________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为__________mm。

⑷已知双缝间距d为2.0×10-4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ=________，求得所测红光波长为__________nm。

（5）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

参考答案：

1. C   2. B   3. ABC   4.  D   5.BC 

6 A   7. ABD   8. 2.430 ，

9.单缝屏；双缝屏；单缝屏；双缝屏；594.0。

10⑴E D B ⑵单缝和双缝间距5cm~10cm，使单缝与双缝相互平行

⑶13.870  2.310   ⑷ ，6.6×102  （5） B