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[实验目标]　1．掌握双缝干涉测量波长的原理。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。
1．实验目的
(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样。
(3)测定单色光的波长。
2．实验原理：如图所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略。
两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，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Δx＝λ。若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δx，就可以求得光的波长。
3．实验器材：双缝干涉仪，即光具座、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。
4．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。
5．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，两条纹间距为a＝|a2－a1|，则相邻两条亮条纹间的距离Δx＝＝。
(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。
6．误差分析
(1)光的波长很小，Δx、l的测量误差对波长λ的影响很大。
(2)在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”。
(3)多次测量求平均值。
7．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，间距大约为5～10 cm。
(4)测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心。
类型一　实验操作过程
【典例1】　1801年，英国的物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。在托马斯·杨的双缝干涉实验中，利用双缝干涉可以测量光波的波长。某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，该同学所使用的装置如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃屏、目镜。
(1)M、N、P三个光学元件依次为________。
A．滤光片、单缝、双缝
B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片
D．滤光片、双缝、单缝
(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐，如图乙所示，下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是________。
A．仅转动目镜 B．仅转动双缝
C．仅转动手轮 D．仅转动测量头
(3) 若想减少从目镜中观察到的条纹个数，该同学可以__________。
A．将单缝向双缝靠近
B．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动
C．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更大的双缝
(4) 下列现象中能够观察到的有________。
A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变窄
B．去掉滤光片后，干涉现象消失
C．换一个缝宽较大的单缝片，干涉条纹间距变宽
D．换一个两缝间距较大的双缝片，干涉条纹间距变窄
[听课记录] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
类型二　实验数据处理
【典例2】　某同学在做利用双缝干涉测定单色光波长的实验过程中，第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时(图甲)，测量头的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时(图乙)，测量头的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m。图丙中测量头的示数为__________ mm，图丁测量头的示数为______________ mm。在实验中，所测单色光的波长为________ m。在本实验中，如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹。
[听课记录] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
类型三　创新实验设计
【典例3】　洛埃在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一条缝，________相当于另一条“缝”。
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留一位有效数字)。
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________。
A．将平面镜稍向上移动一些
B．将平面镜稍向右移动一些
C．将光屏稍向右移动一些
D．将光源由红色光改为绿色光
[听课记录] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[实验目标]　1．掌握双缝干涉测量波长的原理。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。
1．实验目的
(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样。
(3)测定单色光的波长。
2．实验原理：如图所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略。
两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，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Δx＝λ。若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δx，就可以求得光的波长。
3．实验器材：双缝干涉仪，即光具座、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。
4．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。
5．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，两条纹间距为a＝|a2－a1|，则相邻两条亮条纹间的距离Δx＝＝。
(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。
6．误差分析
(1)光的波长很小，Δx、l的测量误差对波长λ的影响很大。
(2)在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”。
(3)多次测量求平均值。
7．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，间距大约为5～10 cm。
(4)测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心。
类型一　实验操作过程
【典例1】　1801年，英国的物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。在托马斯·杨的双缝干涉实验中，利用双缝干涉可以测量光波的波长。某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，该同学所使用的装置如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃屏、目镜。
(1)M、N、P三个光学元件依次为________。
A．滤光片、单缝、双缝
B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片
D．滤光片、双缝、单缝
(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐，如图乙所示，下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是________。
A．仅转动目镜 B．仅转动双缝
C．仅转动手轮 D．仅转动测量头
(3) 若想减少从目镜中观察到的条纹个数，该同学可以__________。
A．将单缝向双缝靠近
B．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动
C．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更大的双缝
(4) 下列现象中能够观察到的有________。
A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变窄
B．去掉滤光片后，干涉现象消失
C．换一个缝宽较大的单缝片，干涉条纹间距变宽
D．换一个两缝间距较大的双缝片，干涉条纹间距变窄
[解析]　(1)由题图甲可知，M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，故选A。
(2)当分划板的中心刻线与亮条纹不平行时，应该转动测量头，将分划板调到竖直方向并与干涉条纹平行，故选D。
(3)若想减少从目镜中观察到的条纹个数，则应该增大条纹间距，由Δx＝知，应该将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动从而增大l，或者减小双缝间距d，故选C。
(4)由Δx＝知，将滤光片由蓝色的换成红色的，光的波长变长，则干涉条纹间距变宽，故A错误；去掉滤光片后，得到的是白光的干涉条纹，即彩色干涉条纹，故B错误；由Δx＝知，干涉条纹间距与单缝片的缝宽没有关系，若换一个两缝间距较大的双缝片，则干涉条纹间距变窄，故C错误，D正确。
[答案]　(1)A　(2)D　(3)C　(4)D
类型二　实验数据处理
【典例2】　某同学在做利用双缝干涉测定单色光波长的实验过程中，第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时(图甲)，测量头的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时(图乙)，测量头的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m。图丙中测量头的示数为__________ mm，图丁测量头的示数为______________ mm。在实验中，所测单色光的波长为________ m。在本实验中，如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹。
[解析]　根据游标卡尺的读数原理，可读出题图丙的示数为 11.4 mm；题图丁的示数是16.8 mm。相邻两条亮条纹的间距Δx＝ mm＝1.35 mm，根据Δx＝λ，可得所测单色光的波长λ＝＝6.75×10-7 m。
当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时，两光波频率不同，不满足干涉条件，故不能看到明暗相间的条纹。
[答案]　11.4　16.8　6.75×10-7　不能
类型三　创新实验设计
【典例3】　洛埃在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一条缝，________相当于另一条“缝”。
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留一位有效数字)。
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________。
A．将平面镜稍向上移动一些
B．将平面镜稍向右移动一些
C．将光屏稍向右移动一些
D．将光源由红色光改为绿色光
[解析]　(1)通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一条缝，S′相当于另一条“缝”。
(2)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx＝ m≈2.53×10-3 m，等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10-4 m，根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ，则有λ＝＝ m≈6×10-7 m。
(3)根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ可知，仅增大D，仅减小d，仅增大波长λ，都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确，B、D错误。
[答案]　(1)S′　(2)6×10-7　(3)AC
实验针对训练(四)　实验：用双缝干涉测量光的波长
1．图示是“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
[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(测量头)的距离l，或者减小双缝的间距d。故选D。
[答案]　(1)C　(2)D
2．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＝3 mm。
(1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片。实验时需要测定的物理量有：__________________和________________。
(2)若测得双缝与屏之间距离为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0.500 mm)观察到第1条亮条纹中心的位置如图(a)所示，第5条亮条纹中心的位置如图(b)所示。则可求出红光的波长λ＝________m。(保留三位有效数字)
[解析]　(1)测红光的波长，应选用红色的滤光片。由Δx＝λ可知，要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和相邻两亮条纹间距Δx。
(2)由测量头的读数可知a1＝0，a2＝0.640 mm
所以Δx＝＝ mm＝1.60×10-4 m
λ＝＝ m≈6.86×10-7 m。
[答案]　(1)红　双缝到屏的距离l　相邻两亮条纹间距Δx　(2)6.86×10-7
3．某同学利用如图1所示装置测量某种单色光波长。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) 关于本实验下列说法正确的是________。
A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴
B．若想增加从目镜中观察到的条纹个数应将毛玻璃屏向远离双缝方向移动
C．使用间距更小的双缝会使条纹间距变小
(2)某次测量时，选用的双缝的间距为0.4 mm，测得毛玻璃屏与双缝间的距离为0.5 m，用某种单色光实验得到的干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺的读数也如图2所示，则A位置对应的读数为______ mm。已知B位置对应的读数为15.6 mm，则相邻条纹中心的间距为______ mm，所测单色光的波长为____________ nm。
(3) 若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，如图3所示，在这种情况测量某种单色光波长时，测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
[解析]　(1)该实验中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴，故A正确；若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度Δx应减小，根据相邻亮条纹间的距离为Δx＝λ可知，可以减小l或者增大d，所以应将毛玻璃屏向靠近双缝方向移动，故B错误；根据相邻亮条纹间的距离Δx＝λ可知，使用间距更小的双缝，即d减小，会使条纹间距变大，故C错误。
(2)该游标卡尺的分度值为0.1 mm，则在A位置时游标卡尺读数为
xA＝11 mm＋1×0.1 mm＝11.1 mm
已知B位置对应的读数为15.6 mm，由题图2知若A位置处为第1条暗纹，则B位置处为第7条暗纹，可得相邻条纹中心的间距为
Δx＝＝ mm＝0.75 mm
由Δx＝λ可得所测单色光的波长为
λ＝＝ m＝6.00×10-7 m＝600 nm。
(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，在这种情况测量相邻条纹间距Δx时，将导致Δx测量值大于实际值，由λ＝可知，λ的测量值也将大于实际值。
[答案]　(1)A　(2)11.1　0.75　600　(3)大于
4．某同学在实验室找到了一台陈旧的激光器，铭牌已模糊不清，为了测出该激光器发出光的波长，他在实验室中进行了以下操作：
a．将双缝放置在距墙面恰好是5块完整地板砖的位置；
b．用激光器照射双缝，在墙面上得到了如图所示的清晰的干涉条纹。(图中黑色部分为亮条纹)
(1)图中第五条亮条纹中心位置的读数为________cm，相邻两条亮条纹间距Δx＝____________cm。
(2)已知所用双缝的宽度d＝0.10 mm，实验室的地面由“80 cm×80 cm”的地板砖铺成，则该激光器发出光的波长为________m(结果保留两位有效数字)。
[解析]　(1)刻度尺的分度值为1 mm，需要估读到分度值的下一位，根据刻度尺的读数规则，可得第五条亮条纹中心位置的读数为x5＝10.45 cm。
第一条亮条纹中心位置的读数为x1＝0.59 cm，则相邻两条亮条纹间距Δx＝≈2.47 cm。
(2)所用双缝的宽度d＝0.10 mm＝1×10-4 m，双缝到墙面的距离l＝80 cm×5＝400 cm＝4 m，根据干涉条纹间距公式Δx＝λ，代入数据解得波长λ≈6.2×10-7 m。
[答案]　(1)10.45　2.47　(2)6.2×10-7
5．小沈同学进行“用双缝干涉测量波长”的实验，
(1)其中部分器材如下：
A．白炽灯　B．凸透镜　C．单缝片　D．滤光片　E．测量头　F．双缝片
将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是(填字母)：A、B、________、________、F、E。
(2)(多选)某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是________。
A．增加光源的功率
B．将毛玻璃换成透明玻璃
C．换一个面积更大的凸透镜
D．调节测量头的位置
(3)下列图示中条纹间距表示正确的是________。
A　　　　　　　B
C　　　　　　　D
(4)如图所示，小沈同学参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验中的________。
A．单缝与双缝的缝距一定较大
B．光强度较小
C．光源离双缝的距离较大
D．双缝离光传感器的距离可能较小
[解析]　(1)根据“用双缝干涉测量光的波长”实验中仪器的位置可知，从左向右依次为：白色光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、测量头。将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是：A、B、D、C、F、E。
(2)为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内的光子数目增多，增加光源的功率，可导致单位时间内的光子数目增多，故A正确；将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；将凸透镜换成一个面积更大的凸透镜，则光的强度增强，导致亮度增加，故C正确；调节测量头的位置，亮度不变，故D错误。
(3)干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明条纹(或暗条纹)的中心之间的距离，故C正确，A、B、D错误。
(4)由题图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据Δx＝λ可知，单缝与双缝的缝距对条纹间距无影响，A错误；光强度对条纹间距无影响，B错误；光源离双缝的距离对条纹间距无影响，C错误；双缝离光传感器的距离l较小，则条纹间距较小，D正确，B、D错误。
[答案]　(1)D　C　(2)AC　(3)C　(4)D

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