人教版 (新课标)选修34 实验：用双缝干涉测量光的波长学案设计

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1．光源发出的光经____________成为单色光，单色光通过________后相当于线光源，经
________产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到________________的干涉条纹．如果
用白光通过双缝可以观察到________条纹．
2．若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δ
x表示，则入射光的波长为λ＝______________，实验中d是已知的，测出l、Δx即可测
出光的波长λ.
3．若用单色光作光源，则干涉条纹是________________的条纹，且条纹间距________，
中央为____________．两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间
距________．
4．在双缝干涉实验中，中间明条纹(零级明条纹)到双缝的路程差为零，那么从双缝到第
三级明条纹之间的路程差是( )
A．1.5λ B．2λ C．2.5λ D．3λ
5．在杨氏双缝干涉实验中，如果( )
A．用白光做光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B．用红光做光源，屏上将呈现红黑相间条纹
C．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大
D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
6．如图1所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样：图甲为绿光进行实验的图样，a为中
央亮条纹；图乙为换用另一种单色光进行实验的图样，a′为中央亮条纹．则以下说法正
确的是( )
图1
A．图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
概念规律练
知识点一 对实验原理的理解
1．用单色光做双缝干涉实验，下述说法正确的是( )
A．相邻干涉条纹之间的距离相等
B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍
C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
2．利用条纹间距与波长的关系式Δx＝eq \f(l,d)λ来推测用白光做双缝干涉实验时，干涉图样的
特点．
知识点二 实验装置及注意事项
3．某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图
样，这可能是由于( )
A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大
B．没有安装滤光片
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光束太强
4．用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件
A．白炽灯 B．单缝
C．光屏 D．双缝片
E．滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)．
(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是A________(A已写好)．
(2)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；
改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则a、b相
比较一定有________大于________．
方法技巧练
实验数据的处理方法
5．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图2所示．双缝间的距离d＝3 mm.
图2
(1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片．实验时需要测定的物理量有
________和________．
(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动
一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察第1条亮纹的位置如图3甲所示，观察第5条
亮纹的位置如图乙所示．则可求出红光的波长λ＝________m.
图3
6．双缝干涉实验中，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可采取以下办法：
(1)____________；(2)____________；(3)________________．为测量红光的波长，现测得
屏上6条亮条纹间的距离为7.5 mm，已知双缝间的距离为0.5 mm，双缝到光屏的距离为
1 m，则此红光波长为________．
参考答案
课前预习练
1．滤光片 单缝 双缝 明暗相间 彩色
2.eq \f(dΔx,l)
3．明暗相间 相等 亮条纹 越大
4．D [由Δr＝nλ(n＝0、1、2、3…)可知屏上的第三级亮条纹对应n＝3.]
5．B [用白光做光源，屏上将呈现彩色条纹，A错．用红光做光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对．λ变小，Δx变小，C错．红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错．]
6．A [由图可知，图乙中的条纹间距较大，由Δx＝eq \f(l,d)λ可知λ乙>λ甲，故A正确．]
课堂探究练
1．A [因为相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离Δx＝eq \f(l,d)λ，其中d为两个缝间的距离，l为缝到屏的距离，λ为光波波长，可见相邻干涉条纹之间的距离相等．A正确，B、C错误．因为λ红>λ蓝，所以Δx红>Δx蓝，故D也错误．]
2．中央亮条纹是白色，其他各级亮条纹中，红色在最外侧
解析 如图
所示，自双缝S1、S2透射的光到达O点的距离总相等，则各种颜色的光在O点都被加强，故O点作为中央亮纹是白色的．
自双缝出射的某单色光到达P点，其路程差为此光波波长的整数倍时，P点就为这种单色光的颜色．由于红光的波长最长，而条纹间距Δx＝eq \f(l,d)λ，故红条纹间距最大，红色在最外侧．
3．AC [安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功．当然还要使光源发出的光束不致太暗．据上分析，可知选项A、C正确．]
点评 光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致时，因遮光筒很长，经过S1、S2发生干涉的图样不能呈现在屏上，失之毫厘，谬以千里，所以在调节时要特别仔细．
4．(1)EBDC (2)a b
解析 (1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，或把它们全部倒过来，因第一项已给填好，故答案是EBDC.
(2)由Δx＝eq \f(l,d)λ知，波长越长，条纹越宽，间距越大，或由干涉条纹的特征均可得出a一定大于b.
点评 光源、滤光片、单缝、双缝、屏在光具座上的顺序是固定的，任何两个元件之间的顺序不能颠倒，尤其是滤光片和单缝之间．
5．(1)红 l Δx (2)6.86×10－7
解析 (1)由于测量红光的波长，因此用红色滤光片．由Δx＝eq \f(l,d)λ可知要想测λ必须测定l和Δx.
(2)由测量头的数据可知a1＝0，a2＝0.640 mm，
所以Δx＝eq \f(a2－a1,n－1)＝eq \f(0.640,4) mm＝1.60×10－4 m，
λ＝eq \f(dΔx,l)＝eq \f(3×10－3×1.60×10－4,0.70) m≈6.86×10－7 m
6．见解析
解析 在双缝干涉实验中，根据公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，要使屏上单色光的干涉条纹之间距离变宽，可以采取的办法有：
(1)使用波长λ较长的单色光；
(2)增加双缝到光屏间距离或选用较长的遮光筒；
(3)减小双缝之间的距离．
根据测量值，计算相邻条纹间的距离：
Δx＝eq \f(a,n－1)＝eq \f(7.5,5) mm＝1.5 mm
再代入公式λ＝eq \f(Δxd,l)，求得红光波长为λ＝7.5×10－7 m.
方法总结 (1)在计算条纹间距时一定要弄清测量头上螺旋测微器两条刻线之差对应几个条纹间距．
(2)螺旋测微器的读数原则是：①以mm为单位；②整数部分由固定刻度的整数决定；③小数部分则由固定部分的半刻度和可动部分的示数共同决定：若固定部分过半刻线，则可动部分的示数加上“0.5”；若没有过半刻线，就由可动部分的示数来确定．有一点必须明确，示数一定要读到小数点后面的第三位．