物理第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 实验十六 用双缝干涉测量光的波长（同时练习使用测量头）

第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十六用双缝干涉测量光的波长实验十六用双缝干涉测量光的波长( (同时练习使用测量头同时练习使用测量头) )过好双基关基本实验要求基本实验要求1.实验原理实验原理如图1所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离x与入射光波长，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：x ，因此，只要测出x、d、l即可测出波长.图1两条相邻亮(暗)条纹间的距离x用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图2所示.图22.实验器材实验器材双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺.3.实验步骤实验步骤(1)观察双缝干涉图样将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示.图3接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿 到达光屏.安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为510 cm.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.遮光筒轴线(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图4所示，记下手轮上的读数，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央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距x .用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的).重复测量、计算，求出波长的平均值.图41.数据处理数据处理(1)条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则x .(2)根据条纹间距与波长的关系x 得 ，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离.(3)测量时需测量多组数据，求的平均值.规律方法总结规律方法总结2.注意事项注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离.(4)不要直接测x，要测多条亮条纹的间距再计算得到x，这样可以减小误差.(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层.3.误差分析误差分析(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差.(2)测条纹间距x带来的误差：干涉条纹没有调整到最清晰的程度.误认为x为亮条纹的宽度.分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心.测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清.研透命题点例例1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5甲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.命题点一教材原型实验基础考点自主悟透基础考点自主悟透甲图5(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最佳顺序应为C、_、A.答案解析E、D、B解析解析通过滤光片获得单色光，通过单缝获得线光源，通过双缝获得相干光，故最佳顺序为E、D、B.(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_.答案解析答案答案见解析解析解析单缝和双缝间距为510 cm，使单缝与双缝相互平行.(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示.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，记下此时图丙中手轮上的示数为_ mm，求得相邻亮条纹的间距x为_ mm.答案解析13.8702.310(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_，求得所测红光波长为_ nm.答案解析6.6102变式变式1(多选)(2017全国卷34(1)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动答案解析变式变式2用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图6丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长.(结果保留两位有效数字)图6答案答案8.0107 m答案解析例例2(2015全国卷34(1)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”“”或“”).若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm.命题点二实验拓展与创新能力考点师生共研能力考点师生共研0.3答案解析变式变式31801年，托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验).(1)洛埃镜实验的基本装置如图7所示，S为单色光源，M为平面镜，试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域.答案解析图7答案答案见解析解析解析如图所示(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为，在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离x的表达式.答案答案见解析答案解析