2018 年高中物理创新学案含解析1第 2 讲 学生实验：用双缝干涉测量光的波长目标定位 1.了解用双缝干涉测量光的波长的实验原理.2.知道影响干涉条纹间距的因素.3.观察白光及单色光的干涉图样.4.能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长一、实验原理相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距是 x ，根据这个公式，可以得出单色光的波ld长二、实验器材双缝干涉实验仪(主要部件有遮光管、照明系统、双缝、观察筒及测量头照明系统是指光源灯泡、透镜、遮光板，单缝及滤光片，测量头包括游标尺、分划板、滑块座、滑块、目镜、手轮等)三、条纹间距 x 的测定测量时，先移动测量头上的手轮，把分划线对准某一条亮条纹(或暗条纹)，并记下它在游标尺上的读数 x1，然后转动手轮，把分划线对准第 n 条干涉亮条纹(或暗条纹)，记下游标尺的读数 xn，则相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离为 x.xnx1n1想一想 实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离 x，而要测出 n 个亮条纹间的距离，再求平均值？答案 由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出 n 个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差一、实验原理1光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹2若双缝到屏的距离用 l 表示，双缝间的距离用 d 表示，相邻两条亮条纹间的距离用x 表示，则入射光的波长为 .实验中 d 是已知的，测出 l、x 即可测出光的波长 .dxl二、实验步骤(如图 1 所示为安装仪器示意图)2018 年高中物理创新学案含解析2图 11把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行2在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直再装好单缝管3让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高灯丝与单缝之间的距离约为 25 cm.点亮灯泡，上下或左右调节灯泡，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心4在遮光管的另一端装上测量头在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的干涉条纹最清晰5测量单色光波长时，在单缝前面加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量6先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹或者暗条纹，并记下它在标尺上的读数 x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第 n 条(一般 n 可取 7左右)干涉亮条纹或者暗条纹，这时游标尺的读数为 xn，则相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离为 x.待测的光波波长为： .式中 d 为双缝中心距离，其数xnx1n1dxldlxnx1n1值刻在双缝座上，一块为 0.250 mm，另一块为 0.200 mm.l 为双缝至光屏(即分划板)之间的距离，当遮光管未接长管时，l600 mm；当遮光管接上长管后，l700 mm.7改变双缝间的距离 d，重复上面步骤，再测量一次例 1 某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图 2 甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示他改变的实验条件可能是( )图 2A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源解析 由甲和乙两图可知改变条件以后条纹变宽，由 x 可知，只有 B 正确ld答案 B三、注意事项与误差分析2018 年高中物理创新学案含解析31注意事项(1)单缝、双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等(2)测双缝到屏的距离 l 时用毫米刻度尺多次测量取平均值(3)测条纹间距 x 时，用测量头测出 n 条亮条纹间的距离 a，求出相邻两条亮条纹间的距离 x.an12误差分析实验中的双缝间距 d 是器材本身给出的，因此本实验要注意 x 的测量光波的波长很小，x 的测量对波长的影响很大x 利用测量头测量可利用“累积法”测 n 条亮条纹间的距离 a，再求 x，并an1且采用多次测量求 x 的平均值的方法进一步减小误差例 2 (多选)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解析 安装实验器材时要注意：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综上所述，可知选项A、C 正确答案 AC实验原理与数据处理1图 3 为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以( )2018 年高中物理创新学案含解析4图 3A将光屏移近双缝B更换滤光片，改用波长更长的单色光C增大双缝的间距D将光源向双缝移动一小段距离解析 由 x 可知，要使干涉条纹的间距变大，可增大 l 和 ，或减小 d，选项 Bld正确答案 B2在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离 d.(1)若测定绿光的波长，应选用_色的滤光片实验时需要测定的物理量有_和_(2)已知双缝到光屏之间的距离 l500 mm，双缝之间的距离 d0.50 mm，单缝到双缝之间的距离 s100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准 A 条亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准 B 条亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图 4 所示则入射光的波长 _ m(结果保留两位有效数字)图 4(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有_A改用波长较长的光(如红光)作为入射光B增大双缝到屏的距离C增大双缝到单缝的距离D增大双缝间距解析 (1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片由 x 可知要想测 必须ld测定双缝到屏的距离 l 和相邻亮(暗)条纹间距 x.(2)游标卡尺读数精确度为 0.1 mm，A 位置主尺读数为 11 mm，游标尺读数为 1，读数为 x111 mm10.1 mm11.1 mm，同理 B 位置读数为 x215.6 mm，则条纹间距 x2018 年高中物理创新学案含解析50.64 mm.利用 x6.4107 m.x2x17dl(3)由 x 可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光、增大双缝到屏的距离ld或减小双缝间距，故选项 A、B 正确答案 (1)绿 双缝到屏的距离 相邻亮(暗)条纹间距(2)6.4107 (3)AB注意事项与误差分析3在双缝干涉实验中，实验装置如图 5 所示，下列说法正确的是( )图 5A调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B测量某条亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐C为了减少测量误差，可用测量头测出第 1 条亮条纹与第 n 条亮条纹间的距离 a，求出相邻两条亮条纹间距 xanD单缝、双缝和滤光片缺一不可，否则屏上不会出现干涉图样解析 在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的形状来判定光束是否沿遮光筒的轴线传播，故 A 错误因条纹宽度是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心之间的距离，故B 正确微小量累积法可有效减小测量中的偶然误差，但相邻两条亮条纹间距应为 x，C 错误；在该实验中，若没有滤光片，在屏上会得到白光的干涉图样，即彩色条纹，an1D 错误答案 B题组一 实验原理、实验器材和实验现象1在双缝干涉实验中( )A入射光波长越长，干涉条纹间距越大B入射光波长越长，干涉条纹间距越小C把入射光由绿光变为紫光，干涉条纹间距变大D把入射光由绿光变为红光，干涉条纹间距变小2018 年高中物理创新学案含解析6解析 由 x 得，双缝干涉条纹宽度与波长成正比，绿光比紫光的波长大，红光比ld绿光的波长大，故 A 正确答案 A2在双缝干涉实验中，以下说法正确的是( )A双缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源B若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹C像屏上某点到双缝的路程差为入射光波长的 1.5 倍时，该点处一定是亮条纹D双缝干涉中相邻亮条纹之间的距离与相邻暗条纹之间的距离不相等解析 分光法获得相干光源，所以 A 正确；白光的干涉条纹是彩色的，不是黑白相间的，B 错；像屏上某点到双缝的路程差为波长的 1.5 倍时，该处应是暗条纹，C 错；相邻亮条纹间距等于相邻暗条纹间距，D 错答案 A3在利用测量头测量条纹宽度时，最好应使分划板中心刻线( )A与亮条纹的边缘线对齐B与暗条纹的边缘线对齐C与亮条纹的中心位置对齐D与暗条纹的中心位置对齐答案 C4利用图 1 中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法：图 1A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换一个双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，干涉现象消失其中正确的是_解析 由条纹间距公式 x (d 指双缝间距离，l 是双缝到屏的距离)，可知：A 项中ldl 减小，x 变小；B 项中 变大，x 变大；C 项中 x 不变；D 项中 d 变大，x 变小，E项中去掉滤光片后，出现彩色条纹，故 A、B、D 正确答案 ABD2018 年高中物理创新学案含解析7题组二 数据处理5某次实验中，测得第一级亮条纹和第三级亮条纹相距 4.0102 m，若双缝片间距为 0.1 mm，缝到屏的距离为 l4.0 m，则光波的波长为( )A8.0108 mB5.0107 mC1.5108 mD1.0107 m解析 由公式 x 有 ，x2102 m，l4.0 m，d0.1 mm104 ldxdla31m，得 5.0107 m.答案 B6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，要把它们放在如图 2 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图 2(1)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(2)本实验的步骤有：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；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；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离在操作步骤时还应注意_和_(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1 条亮条纹，此时手轮上的示数如图 3 甲所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 6 条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数_ mm，求得相邻亮条纹的间距 x 为_ mm.图 3(4)已知双缝间距 d 为 2.0104 m，测得双缝到屏的距离 l 为 0.700 m，由计算式_，求得所测红光波长