2024年高中物理新教材同步学案 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).doc

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Δx7．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 cm4．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A2)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D3)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D．增大双缝与测量头间的距离答案　(1)C　(2)D解析　(1)若粗调后看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C。

2)根据Δx＝λ，可知要增大条纹间距，可以增大双缝到光屏的距离l或减小双缝的间距d，故选D例2　(2023·天津市滨海区月考)用双缝干涉测量光的波长实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离L1＝100 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，双缝间距d＝0.25 mm用测量头来测量亮条纹中心间的距离测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190 mm、对准第4条时读数x2＝________ mm；(2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝______ nm；(保留三位有效数字)(3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是________A．改用波长较短的光(如紫光)作入射光B．增大双缝到屏的距离C．减小双缝间距答案　(1)7.870　(2)675　(3)BC解析　(1)分划板中心刻线对准第4条亮条纹中心时，读数x2＝7.5 mm＋37.0×0.01 mm＝7.870 mm(2)相邻亮条纹中心的间距Δx＝，根据Δx＝λ，得这种光的波长为λ＝Δx＝675 nm(3)根据Δx＝λ知，要使条纹变稀疏，可以增大双缝到屏的距离、减小双缝间距、增大入射光的波长，故选B、C。

针对训练2　在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距为d的双缝屏从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L接通电源使光源正常工作，发出白光1)组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则________；A．可观察到水平方向的干涉条纹B．可观察到竖直方向的干涉条纹C．看不到干涉现象(2)若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中________；A．观察不到干涉条纹B．可观察到明暗相间的白条纹C．可观察到彩色条纹(3)若实验中在像屏上得到的干涉图样如图乙所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ＝________分划板刻线在某条亮条纹位置时游标卡尺如图丙所示，则其读数为________ mm；(4)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值答案　(1)B　(2)C　(3)　31.20　(4)大于解析　(1)将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，在毛玻璃屏上可观察到竖直方向的干涉条纹，故B正确，A、C错误。

2)若取下红色滤光片，在毛玻璃屏上观察到的是白光(复色光)的干涉条纹，因此观察到的是彩色条纹，故C正确，A、B错误3)条纹间距为Δx＝＝L解得单色光波长为λ＝游标卡尺读数为31 mm＋4×0.05 mm＝31.20 mm4)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值将偏大例3　(2022·湖南师大附中高二期末)用光传感器进行双缝干涉的实验，如图甲所示是实验装置图1)下列关于本实验的操作与叙述正确的是________A．干涉图像中，相邻两个波峰之间的距离即相邻两条亮条纹中心的间距B．双缝挡板不动，下移光源，使之更靠近刻有双缝的挡板，则干涉条纹间距减小C．光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，则干涉条纹间距不变D．减小双缝间距，干涉条纹间距也减小(2)在不改变双缝的间距和双缝到光传感器的距离的前提下，用红光和绿光做了两次实验，下图中的乙、丙分别对应这两次实验得到的干涉图像，红光的图像是________(填“乙”或“丙”)答案　(1)A　(2)丙解析　(1)相邻两个波峰之间的距离即相邻两条亮条纹中心的间距，A正确；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，若下移光源，干涉条纹间距不变，B错误。

光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，即减小双缝与光传感器间距离，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，干涉条纹间距会减小，C错误减小双缝间距，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，干涉条纹间距增大，D错误2)由Δx＝λ可知，波长越长，条纹间距越大，故红光的图像是丙课时对点练1．(多选)(2022·天津实验中学月考)利用如图所示的实验装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法正确的有(　　)A．实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝B．将滤光片由紫色换成红色，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．测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大答案　AB解析　滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干光源，其排列顺序合理，故A正确；将滤光片由紫色换成红色，波长λ变长，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，条纹间距Δx增大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，由Δx＝λ可知，Δx与此距离无关，故干涉条纹间距不变，故C错误；测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致Δx变小，则波长测量值偏小，故D错误。

2．(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图)，下列说法正确的是(　　)A．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．测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐C．为了减小测量误差，可用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距Δx＝D．某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方法是改用蓝。