2024年高中物理新教材（人教版2019）同步精品讲义 选择性必修第一册 第4章 4　实验：用双缝干涉测量光的波长 含解析

3.0 envi 2024-12-31 4 4 1.31MB 11 页 3知币
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4　实验：用双缝干涉测量光的波长
[学习目标]　1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理(重点)。2.学会安装实验器材，并能进行正
确的实验操作测量光的波长(重难点)。
一、实验思路
1．实验原理
光源发出的光经滤光片(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它
又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，可
以在这个屏上观察到干涉条纹，并由 λ＝Δx计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光
更集中。
2．物理量的测量(双缝间的距离 d已知)
(1)l的测量：双缝到屏的距离 l可以用刻度尺测出。
(2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离 Δx需用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮
等构成。
二、实验装置
1．实验装置如图所示
2．实验器材
光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃、测量头。另外，还有学生电
源、导线、刻度尺等。
三、进行实验
1．将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上。
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的轴线到达光屏。
4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距 5
～10 cm，这时可观察白光的双缝干涉条纹。
5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
6．测量双缝到屏的距离 l和相邻两条亮条纹间的距离 Δx。
7．分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。
四、数据分析
1.安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。如图所示。
2．使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数 a1，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心，记下此时手轮上的读数
a2，将该条纹记为第 n条亮条纹，则相邻两亮条纹间距 Δx＝。
3．用刻度尺测量双缝到屏间的距离 l(d是已知的)。
4．重复测量、计算，求出波长的平均值。
五、误差分析
1．误差来源
由于光波的波长很小，双缝到光屏的距离 l和条纹间距 Δx的测量是否准确对波长的测量影
响很大，是本实验误差的主要来源。
2．减少误差的方法
(1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。
(2)Δx的测量：使用测量头测量，测出 n条亮条纹间的距离 a，则 Δx＝，同样可以多测几次
求平均值，进一步减小实验误差。
六、注意事项
1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。
2．滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。
3．安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单
缝、双缝平行且与遮光筒的中心轴线垂直，间距大约 5～10 cm。
4．常见问题的成因：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线
所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。
5．测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心。
6．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。
例1　(2022·西南大学附中高二期中)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，光具座上放
置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜(目镜)，如图所示。
(1)M、N、P三个光学元件依次为________。
A．滤光片、单缝、双缝 B．双缝、滤光片、单缝
C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝
(2)如图所示，测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上。如果想使中心刻线
与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是________。
A．仅转动透镜 B．仅转动遮光筒
C．仅转动手轮 D．仅转动测量头
(3)关于该实验，下列说法正确的是________。
A．若将滤光片向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮条纹中心的距离增大
B．若将双缝间的距离 d减小，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大
C．若将滤光片由绿色换成红色，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大
D．为了减小测量误差，可用测微目镜测出 n条亮条纹间的距离 a，则相邻两条亮条纹间距
为Δx＝
答案　(1)A　(2)D　(3)BC
解析　(1)双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让白炽灯灯光通
过滤光片形成单色光，再经过单缝形成线光源，再通过双缝形成相干光源。故 M、N、P三
个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，故选 A。
(2)分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，应转动测量头使其方向一致，故选 D。
(3)根据双缝干涉的间距公式 Δx＝λ，可知 Δx由双缝的距离 d、双缝到光屏的距离 l和入射光
的波长 λ共同决定，而将滤光片向右平移，条纹间距不变，A错误；将双缝间的距离 d减小，
由Δx＝λ，知 Δx增大，B正确；将滤光片由绿色换成红色，可知波长变大，则光屏上相邻
两条暗条纹间的距离增大，C正确；n条亮条纹之间有 n－1个间距，则相邻亮条纹的间距为
Δx＝，D错误。
针对训练 1　(2021·浙江 6月选考)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．实
验中：
(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________。(单选)
A．旋转测量头
B．增大单缝与双缝间的距离
C．调节拨杆使单缝与双缝平行
(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________。(单选)
A．减小单缝与光源间的距离
B．减小单缝与双缝间的距离
C．增大透镜与单缝间的距离
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