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1、实验专题十六 用双缝干涉测量光的波长1. 实验原理如图1所示，两缝之间的距离为，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略.两缝S、S2的连线的中垂线与屏的交点为F0，双缝到屏的距离OP0 = l.则相邻两个亮条纹或暗 条纹的中心间距：&占.若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Ax,就可以求得光波的波长.2. 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、刻度尺等.3实验步骤(1) 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.光源谑朮片单縫双縫 遽此询胖AA(2) 接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.(3) 调节各器件
2、的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.(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510 cm, 这时可观察白光的干涉条纹.(5) 在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.4. 数据处理1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.(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，将该条纹记为第1条 亮纹；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。2,将该条纹记为第 n 条亮纹，则相邻两亮条纹间距Ax=n1(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离 l(d 是已知的).(4)重复测量、计算，求出波长的平均值.5
3、. 误差分析(1) 光波的波长很小，心、/的测量对波长久的影响很大.(2) 在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测心时，用千分尺且采用“累积法”.( 3)多次测量求平均值.6. 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、双缝平行且竖直，间距大约510cm.(4) 调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱.主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光 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
4、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.【典例1】 (多选)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【针对训练1】在杨氏干涉实验中，若单色光的波长久= 5.89x10Tm,双缝间的距离=1mm, 双缝到屏的距离l=2m，则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为.【典例2】 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中(实验
5、装置如图)，下列说法错误的是()光源滤光片单缝 血缝 遮光渝加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，应使测量头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Q,求出相邻两条亮条纹间距心an1D.将滤光片放在单缝与双缝之间不改变实验结果针对训练 2】 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为 0.20mm 的 双缝，双缝与屏的距离为600mm某同学正确操作后，在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹.换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图
6、乙中的mm，（填字母），此时测量头的读数为25.70mm沿同一方向继续移动测量头使分 划板刻线与第 k5 级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是紫光的波长等于nm.【典例3】（2015全国卷I）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，红光的相邻干涉条纹间距Ax】与绿光的相邻干涉条纹间距心2相比，乙12i 1 | i 1;s1 i I i i 1 i h i 1 1 1 1 i i1 (cm1 .| 1 1 1 1 ()I 1 1 I | I I I| I I i I112n心Ax2（填“”“=”或“V”）.若实验中红光的波长为630nm,双缝与屏
7、幕的距离为1.00m，mm.测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,贝V双缝之间的距离为 【针对训练 3】 （多选）利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长时，有下面几种说法，其中正确的是（）亡:识订I； 23.口A. 实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝B. 将滤光片由紫色的换成红色的，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. 测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致波长测量值偏小E. 去掉滤光片后，干涉现象消失【典例4】在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图所示双缝间的距离d=3mm.若测定红光的波长，选用红色的滤光片，实验中测得双
8、缝与屏之间的距离为0.70 m,通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500m m)观察第1条亮条纹的位置如图7甲所示，其读数为mm；观察第5条亮条纹的位置如图乙所示，其读数为mm.则可求出红光的波长A=m.I 2 3 4 :i【针对训练4】某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，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()B. 减小双缝之间的距离C. 减小双缝到光屏之间的距离D. 换用频率更咼的单色光源【典例 5】 (多选)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，若用单色光照射后观察毛玻璃屏上的 条纹如图所示，则有(
9、)A若只适当增大单缝的宽度，则条纹间距将减小B若只适当增大双缝的间距，则条纹间距将减小C. 若只适当增大照射光的频率，则条纹间距将增大D. 若只适当增大双缝到光屏的间距，则条纹间距将增大【针对训练 5】(多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法正确的是()口炽灯 谑光.汁单讎収缝 遮光筒 屏E-a，r 1-I 1bL 11 ,AA. 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【典例 6】(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
10、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【针对训练6】(多选)英国物理学家托马斯杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观 察到了光的干涉现象.图为实验装置简图， M 为竖直线状光源， N 和 O 均为有狭缝的遮光屏， P 为像屏.现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，实验时正确的选择是( )AN应选用遮光屏1B.N 应选用遮光屏 3C. O应选用遮光屏2D. O应选用遮光屏4【典例 7】(多选)关于“用双缝干涉测量光的波长”实验，正确的说法是()A实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双
11、缝的缝应相互平行B观察到的白光的干涉图样是：在视野中可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干 涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧 C看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放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，且红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数【针对训练7】某同学在做“双缝干涉测量光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻线对齐第 2条亮纹的中心时(如图5甲中的A)，游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻线对 齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B),游标卡尺
12、的示数如图丁所示已知双缝间距d=0.5mm, 双缝到屏的距离l=1m，贝V：(1)图乙中游标卡尺的示数为cm.(2) 图丁中游标卡尺的示数为cm.(3) 所测光波的波长为m(保留两位有效数字).【典例8】如图甲是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置，测得双缝屏到毛玻璃屏的距离 l为0.2m、双缝的距离d为0.4mm,图乙是通过该仪器的观测装置看到的毛玻璃屏上的干涉图 样，其中1、2、3、4、5是亮条纹的编号，图丙、图丁是利用该仪器测光的波长时观察到的 情景，图丙是测第1号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为mm,图丁是 测第4号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为mm根据上面测出的
13、数据可 知，相邻两条亮条纹间的距离心=mm，计算波长的数学表达式2=，被测 光的波长为nm.【针对训练 8】在“用双缝干涉测量光的波长”实验中(1) 某同学先将光源靠近遮光筒的双缝端并等高放置，然后在筒的另外一侧观察，发现筒的上壁照得很亮，此时他应将遮光筒的观察端向(填“上”或“下”)调节.mm.(3)几位同学实验时，有的用距离为 0.1mm 的双缝，有的用距离为 0.2mm 的双缝；同时他们 还分别用红、紫两种不同颜色的滤光片遮住光源进行了观察，图 8选自他们的观察记录，其中正确反映实验结果的是.(已知红光波长大于紫光的波长)典例 9】在用双缝干涉测量光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列
14、问题：I(2) 某次测量如图所示，则读数为(li(1)如图(a)、(b)两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是.(2)将下表中的光学元件放在图(c)所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的实验装置, 并用此装置测量红光的波长.兀件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片将白光光源 C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各学光元件的排列顺序应为.(填写元件代号)(3) 已知该装置中双缝间距=0.50mm,双缝到光屏的距离/=0.50m,在光屏上得到的干涉图样如图(d)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图(e)所示，则其示数耳二mm；在B位置时游标卡尺如图所示，贝V相邻两条纹间距Ax=mm.(4) 由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为m.(5) 若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将(填“变大”“不变”或“变小”).参考答案【典例1】【答案】 ACD【解析】根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距心=彳可知，要使Ax增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项 A、 C、 D 正确， B、 E 错误.【针对训练1【答案】1.178x102m【解析】由2=可知Ax= 1.178x103m，则第1 个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为兀=10心=1.178x10-2m.【典例 2】【答案】 A【
