1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。第五节用双缝干涉实验测定光的波长实验必备自主学习一、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会用公式x测量光的波长。二、实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。测量长度的工具有：毫米刻度尺、米尺、螺旋测微器、游标卡尺等。光波的波长该用什么来测量呢？提示：不是用某一把尺子，而是用双缝干涉仪来测量，在这个仪器中有毫米刻度尺和螺旋测微
2、器(或游标卡尺)。三、实验原理与设计1实验原理：由公式x可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两条明纹(或相邻两条暗纹)中心间距x，即可由公式计算出入射光波长的大小。2相邻条纹的间距x的测量：应用测量头来测量，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，通过转动手轮，读出n条明条纹间的距离a，再求出x，注意测量头的读数和螺旋测微器一样。实验过程探究学习 实验步骤 1按如图所示安装仪器。2将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。3使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，
3、仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)。4加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数x1，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数x2和移过分划板中心刻度线的条纹数n。5将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，ax2x1，利用公式x，算出条纹间距。6用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(d是已知的)。7利用公式x，求出此单色光的波长。8重复测量、计算，求出波长的平均值。9换用另一滤光片，重复实验。在实验中有时照在光屏上的光很弱，主要原因是什么？提示：灯
4、丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴线所致。 数据收集与分析 (1)转动手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，如图所示。记下手轮上的读数x1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数x2；并记下两次测量时移过的条纹数n，则相邻两亮条纹间距x。(2)用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(双缝间距d是已知的)。(3)将测得的L、x代入x求出光的波长。(4)多次重复上述步骤，求出波长的平均值。为什么不直接测x，而要测n条条纹间距？提示：由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，无法直接测出一条条纹的宽度，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离。 误差分析 1双缝到屏
5、的距离L的测量误差：因本实验中双缝到屏的距离非常长，L的测量误差不太大，但也应选用毫米刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小相对误差。2测条纹间距x带来的误差：(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。(3)测量多条亮条纹间距时读数不准确。(4)利用“累积法”测n条亮纹间距，再求x，并且采用多次测量求x的平均值的方法进一步减小误差。实验研析创新学习类型一教材原型实验角度1实验原理和实验操作【典例1】(2021儋州高二检测)(1)如图为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹
6、。若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以_。A将光屏移近双缝B更换滤光片，改用波长更长的单色光C减小双缝的间距D将光源向双缝移动一小段距离(2)某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间距为d，双缝到屏的距离为L，将测量头的分划板中心刻线与某一条亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所示，此时的示数x1_mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第n条亮条纹的中心对齐，测出第n条亮条纹示数为x2。由以上数据可求得该光的波长表达式_(用给出的字母符号表示)。【解析】(1)实验中用激光通过双缝，双缝的作用是形成相干光源；由条纹间距x知，为了增大光屏上干
7、涉条纹的间距，应使得双缝间距离d缩小，或者增大L与；将光屏移近双缝，不符合要求，故A错误；更换滤光片，改用波长更长的单色光，故B正确；减小双缝的间距，d减小，符合要求，故C正确；光源向双缝移动一小段距离，不会影响条纹间距，故D错误。(2)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm，则螺旋测微器的读数为：x10.5 mm0.0127.7 mm0.777 mm。根据干涉条纹的间距：x解得该光的波长表达式：答案：(1)B、C (2)0.777角度2实验数据处理【典例2】某同学用图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离x。转动测量头的
8、手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数如图丙所示，再转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丁的示数x2_mm。如果实验所用双缝之间的距离d0.20 mm，双缝到屏的距离L60 cm。根据以上数据可得出光的波长_nm(保留1位小数)。【解析】由游标卡尺的读数规则以及干涉条纹与波长的关系分析求解。x28 mm190.05 mm8.95 mm。由x，x，x120.05 mm0.10 mm，代入数据解得590.0 nm。答案：8.95590.0类型二创新型实验【典例3】小明在做“用双缝
9、干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h，与光屏的距离为D，则条纹间距x_，随后小明撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上_(选填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。【解析】如图，通过平面镜反射的光线可以看作在A点下方h处射出的光线，则干涉条纹可以看作由到A点距离均为h的双缝干涉形成的条纹，则条纹间距x。撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，有双缝结构，但白炽灯发出的光不是相干光，通过两缝的光不
10、能发生干涉。答案：不能【创新评价】(1)单缝和平面镜巧妙结合测量光的波长，原理和装置都进行了创新。(2)等效思想的利用，即“平面镜反射的光线可以看作在A点下方h处射出的光线”。【创新探究】撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，光屏上如何才能得到干涉条纹？提示：滤光片右面附近再放置一个单缝。课堂检测素养达标1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一条亮条纹的中心，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，再次记下手轮上的读数。若实验测得的4条亮条纹中心间的距离为0.960 mm，且已知双缝间距
11、d1.5 mm，双缝到屏的距离L100 cm，则对应的光波的波长为_cm。 【解析】根据手轮的读数规则，可得手轮读数为1.180 mm；根据公式x，x0.320 mm，解得4.8107 m4.8105 cm。答案：1.1804.81052如图所示，在双缝干涉测波长的实验中，已知两缝间的距离为0.3 mm，以某种单色光照射双缝时，在离双缝1.2 m远的光屏上，将测量头的分划板中心刻线与O处亮条纹的中心对齐，并将其定义为第0条亮条纹，测得第1条亮纹到第10条亮纹中心间的距离为22.78 mm，则该单色光的波长为_m，双缝到第10条亮纹中心的光程差为s_m，若换用频率更大的单色光照射双缝，则其形成的
12、干涉条纹的间距将_(选填“变小”“不变”或“变大”)。(计算结果均保留两位有效数字)【解析】由x，可得x，代入数据计算可得6.3107 m；双缝到第10条亮纹中心的光程差为s10，即s6.3106 m；若换用频率更大的单色光照射时，其波长变短，则由x可知，干涉条纹的间距将变小。答案：6.31076.3106变小【加固训练】(多选)图示为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置，从左到右依次放置光源、红色滤光片、_、_、遮光筒、光屏。下列说法正确的是()A、分别是双缝、单缝B减小双缝之间的距离，可以增大相邻暗条纹间的距离C先放上单缝和双缝，调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心D若双缝的间距为d，与光
13、屏的间距为L，用测微目镜测出6条红色条纹间的距离为a，则该红光的波长E假若把此装置置于某液体中测量某单色光的波长，测得结果要比在真空中测得该光的波长短【解析】选B、D、E。光源产生的光经滤光片变成单色光，通过单缝成为线光源，经过双缝获得相干波源，、分别是单缝、双缝，A错误；由x知，要增大相邻暗条纹间的距离，可减小双缝之间的距离d或增大双缝到屏的距离L，B正确；先不放单缝和双缝，调节光源高度使光沿遮光筒轴线照在屏中心，然后再放单缝和双缝，调节其位置使光屏上出现干涉条纹，C错误；相邻两条红色条纹间的距离x，又x，得该红光的波长，D正确；假若把此装置置于某种液体中，由于液体的折射率大于1，所以结果将
14、比在真空中测得光的波长短，E正确。3(2021潍坊高二检测)某同学利用如图所示的装置测量某种单色光的波长。实验时，光源正常发光，调整仪器，直到从目镜中可以观察到干涉条纹。(1)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时如图乙所示的手轮上的示数为_mm，求得相邻亮纹的间距x为_mm(计算结果保留三位有效数字)。(2)若相邻亮纹的间距为x，单缝与屏的距离为L1，双缝与屏的距离为L2，单缝宽为d1，双缝间距为d2，则光的波长用上述部分物理量可表示为_。(3)若想增加从目镜中观察到
15、的条纹个数，写出一条可行的措施_。【解析】(1)手轮其实是螺旋测微器，其精确度为0.01 mm，由图乙可知：手轮上固定刻度读数为11.5 mm，可动刻度读数为15.20.01 mm0.152 mm，两者相加为11.652 mm。同理，图甲的读数：固定刻度读数为0 mm，可动刻度读数为26.00.01 mm0.260 mm，两者相加的读数为：0.260 mm，所以：x mm2.28 mm；(2)根据x，且相邻亮纹的间距为x，双缝与屏的距离为L2，双缝间距为d2，则光的波长：；(3)增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度减小，根据相邻亮条纹间的距离为：x，因此将屏向靠近双缝的方向移动，即减小双
16、缝到屏的距离，从而可以实现增加从目镜中观察到的条纹个数。答案：(1)11.6522.28(2)(3)减小双缝到屏的距离4现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D、透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用于测量红光的波长。(1)本实验的步骤有：调节单缝与双缝的间距为510 cm，并使单缝与双缝相互平行；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；取下遮光筒右侧的元件，打开光源，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；用米尺测出双缝到屏的距离；用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离；将测得的数据代入公式求出
17、红光的波长。以上步骤合理的顺序是_。(只填步骤代号)(2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示；然后同方向转动测量头，使分划板的中心刻线与第5条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示。则图乙中手轮上的示数是_mm；图丙中手轮上的示数是_mm。(3)已知双缝到屏的距离为0.500 m，使用的双缝间距为2.8104 m，由此可求得所测红光波长为_m(结果保留三位有效数字)。【解析】(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。所以步骤合理的顺序应为。(2)题图乙螺旋测微器的固定刻度读数为1 mm，可动刻度读数为0.0113.
18、0 mm0.130 mm，则最终读数为1.130 mm。题图丙螺旋测微器的固定刻度读数为5.5 mm，可动刻度读数为0.0138.0 mm0.380 mm，则最终读数为5.880 mm。(3)相邻条纹的间距x mm1.187 5 mm。根据x得， m6.65107 m。答案：(1)(2)1.1305.880(3)6.651075某同学利用图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)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
19、(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x，则单色光的波长_；(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)。【解析】(1)选B。x，因x越小，目镜中观察到的条纹数越多，将单缝向双缝靠近，对条纹个数无影响，A错误；如L减小，则条纹个数增多，B正确，C错误；若d减小，则条纹个数减少，D错误。(2)相邻两条暗条纹之间的距离是x0，由公式得x0，所以。(3)把各数据代入波长公式，有： m6.30107 m6
20、30 nm。答案：(1)B(2)(3)6306在用双缝干涉测量光的波长的实验中：(1)若测量红色光的波长，应选用_色滤光片，实验中已经知道双缝之间的距离为d，也测出了相邻亮(暗)条纹间距x，还需要测量的物理量是_。(2)已知双缝到光屏之间的距离L500 mm，双缝之间的距离d0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s100 mm，某同学在用测量头测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，此时螺旋测微器读数是4.077 mm，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，如图所示，螺旋测微器的读数是_mm，则入射光的波长_m。(3)若实验中发现条纹太密，难以测量，
21、可以采用的改善方法有_。A改用波长较短的光作为入射光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【解析】(1)要产生红色光，需将白光通过红色滤光片，实验中已经知道双缝之间的距离为d，也测出了相邻亮(暗)条纹间距x，根据公式x，还需要测量的物理量是双缝到屏的距离L；(2)螺旋测微器的精确度为0.01 mm，固定刻度为5.5 mm，可动刻度为16.50.01 mm0.165 mm，所以最终读数为5.5 mm0.165 mm5.665 mm。分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，螺旋测微器读数是4.077 mm，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，螺旋测微器读数是5.665 mm，A与B之间的间隔是3个暗条纹，所以干涉条纹的宽度：x103 m5.29104 m根据公式：x，代入数据得： m5.29107 m；(3)根据公式：x，实验中发现条纹太密，可以通过增大双缝到屏的距离，或增大波长，或减小双缝间距来增大条纹间距，或减小双缝到单缝的距离，故B正确，A、C、D错误。答案：(1)红双缝到屏的距离L(2)5.6655.29107(3)B关闭Word文档返回原板块
