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(共36张PPT)
第十四章
光
第77讲　实验十八　用双缝干涉实验测量光的波长
考点一
考点二
提能训练　练案[77]
考点一　教材原型实验
二、实验器材
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
三、实验步骤
1．仪器安装与观察双缝干涉图样
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃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)调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。
(4)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_____，二者间距约为5～10 cm，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。
平行
2．数据记录
(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，记下此时手轮上的读数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第n条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数an。
(3)用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)。
(4)改变双缝间的距离d，双缝到光屏的距离l，重复测量。
五、误差分析
1．误差来源
由于光波的波长很短，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．减小误差的方法
(1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。
六、注意事项
1．安装时，注意使光源、透镜、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、双缝平行且间距适当。
2．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
3．调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行。
4．不要直接测Δx，要测几个条纹的间距，计算得Δx，这样可以减小误差。
　利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距d＝0.4 mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5 m，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。
(1)下列说法正确的是________。
A．若观察到条纹比较模糊，可能是单、双缝不平行
B．仅去掉滤光片，从目镜视野中观察不到干涉现象
C．减小双缝的间距从目镜中观察到的条纹个数增加
D．激光替代白炽灯作为光源，不需要凸透镜、滤光片和单缝
(2)某种单色光照射双缝，用测量头测量条纹间的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时分划板上的游标卡尺读数如图A所示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐，此时分划板上的游标卡尺读数如图B所示。根据以上实验测得分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝________mm，xB＝________mm；
(3)该单色光的波长λ＝________m(结果保留2位有效数字)；
(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，如图所示。要使两者对齐，该同学应如何调节________。
A．仅左右转动透镜
B．仅转动遮光筒
C．仅旋转测量头
[答案]　(1)AD　(2)11.1　15.6　(3)6.0×10－7　(4)C
(2)游标卡尺的精确度为0.1 mm，在A位置时游标卡尺读数为xA＝11 mm＋1×0.1 mm＝11.1 mm
在B位置时游标卡尺读数为xB＝15 mm＋6×0.1 mm＝15.6 mm。
(4)发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应旋转测量头。故选C。
考点二　创新实验提升
[答案]　(1)S′　(2)AC　(3)暗条纹　(4)6.33×10－7
[解析]　(1)根据题图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”。
(3)根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹。
提能训练　练案[77]
1．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从左到右依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜(目镜)，如图甲所示。
(1)M、N、P三个光学元件依次为(　　)
A．双缝、滤光片、单缝
B．滤光片、单缝、双缝
C．单缝、双缝、滤光片
(2)关于该实验，下列说法中正确的是(　　)
A．测量过程中，把5个条纹间距数成6个，会导致波长测量值偏大
B．把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两条亮条纹中心的距离增大
C．若通过双缝的两列光波到屏上某点的路程差为波长的奇数倍，该点处一定是暗条纹
(3)用一单色光作为光源，双缝间距为0.25 mm，双缝到屏的距离为1.0 m，分划线在第1条亮条纹中央时螺旋测微器读数如图乙所示，分划线在第7条亮条纹中央时螺旋测微器读数如图丙所示，则单色光的波长为________nm。(结果保留3位有效数字)
[答案]　(1)B　(2)B　(3)600
[解析]　(1)光源通过透镜会聚后变成点光源，然后通过滤光片后变成单色光，经过单缝后变成线光源，所以M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。故选B。
(3)读数a＝1.5 mm＋0.01 mm×20.2＝1.702 mm
读数b＝16 mm＋0.01 mm×10.2＝16.102 mm
则6Δx＝b－a＝14.400 mm
得Δx＝2.400 mm
2．(2024·上海卷·5题)光的行为曾令物理学家感到困惑。双缝干涉、光电效应等具有里程碑意义的实验，逐渐揭开了光的神秘面纱。人类对光的认识不断深入，引发了具有深远意义的物理学革命。
在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，双缝间距为d，双缝到光强分布传感器的距离为L。
(1)实验时测得N条暗条纹间距为D，则激光器发出的光波波长为________。
(2)在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，测得的干涉条纹间距与不加偏振片时相比________。
A．增加　　　　　　B．不变　　　　　　C．减小
(3)移去偏振片，将双缝换成单缝，能使单缝衍射中央亮纹宽度增大的操作有________。
A．减小缝宽
B．使单缝靠近传感器
C．增大缝宽
D．使单缝远离传感器
[答案]　(1)B　(2)B　(3)AD
(2)加偏振片不会改变光的波长，因此条纹间距不变，B正确。
(3)移去偏振片，将双缝换成单缝，则会发生单缝衍射现象，根据单缝衍射规律，减小缝的宽度或增加单缝到传感器的距离可以增大中央亮纹宽度。故选AD。
3．某同学在实验室用双缝干涉实验测定光的波长，实验装置如图甲所示。已知双缝间距为d，双缝到光屏的距离为L。请回答下列问题：
(1)下列图示中条纹间距Δx表示正确的是(　　)
(2)如图乙所示，在实验过程中，将测量头的分划板中心刻线分别与A、B两条暗纹的中心对齐，A位置对应的示数为xA，B位置对应的示数为xB(xA[解析]　(1)相邻两条明纹或暗纹之间的距离为条纹间距，可知C、D表示的条纹间距正确。
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