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第四章 光
实验：用双缝干涉测量光的波长
1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理.
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.
【学习目标】
一、实验器材
如图所示为双缝干涉仪，包括光具座、光源、滤光片、透镜、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.
二、实验思路
光源发出的光经滤光片(装在单缝前)、单缝、双缝后在双缝右边的空间
发生干涉.可以在毛玻璃屏上观察到干涉条纹，并由λ＝ 计算出波长.
三、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　　　测出.
2.Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx用　　　测出.
(1)测量头的构成：　　　、目镜、手轮等.
刻度尺
测量头
分划板
(2)使用：
①使分划板的中心刻线与某一条亮条纹的中心对齐(图)，记下此时手轮上的读数a1.
②转动测量头.使分划板中心刻线与第n条亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数a2.
③相邻两条亮条纹间的距离Δx＝　　　　.
四、实验步骤
1.将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.
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，这时可观察到白光的干涉条纹.
5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
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.
五、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5～10 cm.
4.调节的基本依据：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.
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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.
(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，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、____、____、____、A.
E
D
B
解析　滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以表示各光学元件的字母从左到右排列顺序为：C、E、D、B、A.
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；
②按合理的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；
③用刻度尺测量双缝到屏的距离；
④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②时还应注意_______________________________和________
_________________.
放置单缝、双缝时，必须使缝平行
单缝、双
缝间的距离要适当
解析　在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心位于遮光筒的轴线上.
例2　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
　法是改用蓝光作为入射光
√
解析　调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误；
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，故B正确；
n条亮条纹之间有n－1个间距，相邻两条亮条纹的间距Δx＝　　　，故C错误；
某同学用黄光作为入射光，根据Δx＝　λ可知，为了增大干涉条纹的间距，应采用波长大于黄光的红光或橙光，不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光，故D错误.
例3　在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，备有下列仪器：
A.白炽灯 B.双缝 C.单缝 D.滤光片 E.光屏
(1)把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是________.(填写字母代号)
ADCBE
(2)已知双缝到光屏之间的距离l＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 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亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示.则入射光的波长λ＝__________m(结果保留两位有效数字).
6.4×10－7
解析　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1×0.1 mm＝0.1 mm，
读数为x1＝11 mm＋0.1 mm＝11.1 mm，
同理B位置读数为x2＝15.6 mm，
(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
AB
解析　由Δx＝　λ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或减小双缝间距，故A、B正确.
针对训练　在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，调节测量头的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，如图所示，此时手轮的读数是______mm.转动测量头，使分划板中心刻线向一侧移动到另一条亮条纹中心位置，再读出一组数.若实验测得4条亮条纹中心间的距离Δx＝0.960 mm.已知双缝间距d＝1.5 mm，双缝到屏的距离l＝100 cm，则对应的光波的波长为λ＝__________cm.
1.180
4.8×10－5
解析　根据手轮的读数规则，读数为1 mm＋18.0×0.01 mm＝1.180 mm；
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SUITANGYANLIAN　 ZHUDIANLUOSHI
课堂练习
1.利用如图8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
1
2
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，干涉条纹间距变窄
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
√
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错误；
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测量值偏小，则波长测量值偏小，故D错误.
1
2
2.(2019·全国卷Ⅱ)某同学利用图所示装置测量某种单色光
的波长.实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹.回答下列问题：
1
2
(1)若想增加从目镜中观察到的条
纹个数，该同学可________；
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
B
解析　若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝ λ可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D项错误.
1
2
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条
暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝_______；
1
2
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为_____ nm(结果保留3位有效数字).
1
2
630
解析　将已知条件代入公式解得λ＝630 nm.
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仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而浸多也著于竹帛谓之仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而
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