人教版高考物理一轮总复习第11章实验13用双缝干涉测量光的波长课时学案

实验十三　用双缝干涉测量光的波长

1．测条纹间距Δx时带来误差。

2．测量双缝到光屏间距离l时产生误差。

1．保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴。

2．保证单缝和双缝平行。

考点1　实验思路与实验操作

(2019·全国卷Ⅱ)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________。

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________nm(结果保留3位有效数字)。

【自主解答】

解析：(1)相邻亮(暗)干涉条纹的间距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或使用间距较大的双缝，选项B正确。

(2)第1条暗条纹到第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。

答案：(1)B　(2)　(3)630

考点2　数据分析与误差分析

(2020·青岛模拟)某实验小组在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示。双缝间距d＝0.20 mm，测得屏与双缝间的距离l＝500 mm。然后接通电源使光源正常工作。

(1)某同学在测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心，如图乙所示，则游标卡尺的读数为________ cm；然后他继续转动手轮，使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心，若游标卡尺的读数为1.67 cm，此时主尺上的________ cm刻度线与游标尺上某条刻度线对齐；入射光的波长λ＝________ m。

(2)若某次实验中发现条纹太密，可采取的改善办法有___________________。(至少写一条)

【自主解答】

解析：(1)游标卡尺的读数为1.1 cm＋0.1 mm×1＝1.11 cm；若亮条纹B处游标卡尺的读数为1.67 cm，此时主尺上的(1.60＋7×0.10)cm＝2.30 cm 刻度线与游标尺上某条刻度线对齐；条纹间距Δx＝ cm＝0.08 cm，则根据Δx＝λ，可得 λ＝＝ m＝3.2×10－7 m。

(2)若实险中发现条纹太密，即条纹间距太小，根据Δx＝λ知，可采取的改善办法有：减小双缝间距d或者增大双缝到屏的距离l。

答案：(1)1.11　2.30　3.2×10－7　(2)减小双缝间距d或者增大双缝到屏的距离l

考点3　实验的改进与创新

(2021·武汉模拟)洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。

(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，________________相当于另一个“缝”。

(2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。

(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留3位有效数字)。

【自主解答】

解析：(1)根据平面镜成像原理，经镜面反射的光线可认为是从S的像S′发出的，故S′相当于双缝干涉中的另一个“缝”。

(2)根据题意，如果把光屏移动到和平面镜相接触，直接射到光屏上P点的光和经平面镜反射的光的相位差为π，故接触点P处形成暗条纹。

(3)相邻两条亮条纹中心的间距Δx＝ mm＝2.53 mm，根据双缝干涉相邻条纹间距公式有 Δx＝λ，得该单色光的波长λ＝＝ m＝6.33×10－7 m。

答案：(1)S经平面镜成的像S′　(2)暗条纹

(3)6.33×10－7