1、实验15：用双缝干涉测量光的波长一、实验目的1观察单色光的双缝干涉图样。2测定单色光的波长。二、实验原理如图甲所示，电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，再次发生衍射，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，S1、S2到屏上P点的路程分别为r1、r2，两列光波传到P的路程差x|r1r2|，设光波波长为。甲1若xn（n0，1，2，），两列波传到P点，互相加强，P点出现明条纹。2若x（2n1）（n0，1，2，），两列波传到P点，互相减弱，P点出现暗条纹
2、。这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2明暗相间的干涉条纹。相邻两条明（暗）条纹间的距离x与入射光波长，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：x，因此，只要测出x、d、l即可测出波长。两条相邻明（暗）条纹间的距离x用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如图乙所示。转动手轮，分划板会左、右移动。测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图丙所示），记下此时手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时，记下手轮上的刻度数a2，两次读数之差就是这两条条纹间的距离，即x|a1a2|。三、实验器材光具座、光源、学生电源、导线、
3、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。四、实验步骤1观察双缝干涉图样（1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图丁所示。丁（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遮光筒轴线到达光屏。（4）安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约510 cm。（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。2测定单色光的波长（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央，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央
4、，记下此时手轮上的读数；将该条纹记为第n条亮纹，测出n个亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距x。（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离l（d是已知的）。（4）重复测量、计算，求出波长的平均值。五、注意事项1安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心，使之均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行。2光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。3光波的波长很小，x、l的测量对波长的影响很大，l用毫米刻度尺测量，x利用测量头测量，可利用“累积法”测n条亮纹间距，再求出x，并且采用多次测量求的平均值的方法来进一步减小误差。4分划板上的刻线应与干涉条纹亮（暗）线平行，否则会增大测量结果的误差。【题例】
5、如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、_、_、_、遮光筒、光屏。首先调节光源、元件的中心均位于遮光筒的中心轴线上，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能的原因是_；若调至屏上出现了干涉图样后，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采用_或_的方法。用测量头去测量，转动手轮，移动分划板，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时，如图乙中（1）所示，游标卡尺的示数如图乙中（3）所示；第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时如图乙中（2）所示，游标卡尺的示数如图乙中（4）所示。已知双缝的间距为0.5 mm，从双
6、缝到屏的距离为1 m，则乙图（3）中游标卡尺的示数是_mm。乙图（4）中游标卡尺的示数为_mm，实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是_，所测光波的波长为_ m（保留两位有效数字）。解题要点：规律总结测量n个亮条纹的间距时，有的读数采用游标卡尺的读数方法，有的采用螺旋测微器的读数方法，要根据题意，选取正确的读数方法。1如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（）A增大S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光2如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107m，屏上P点距双缝S1和S2的光程
7、差为7.95107 m，则在这里出现的应是_（选填“明条纹”或“暗条纹”），现改用波长为6.30107m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将_（选填“变宽”“变窄”或“不变”）。3（2012福建理综）在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图）：下列说法哪一个是错误的_。（填选项前的字母）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测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距xa/（n1）测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为_ mm。4现有毛玻
8、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，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、A。（2）本实验的实验步骤：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；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；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。在操作步骤时还应注意_和_。（3）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，此时手
9、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，记下此时图乙中手轮上的示数为_ mm，求得相邻亮纹的间距x为_ mm。（4）已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算公式_，求得所测红光波长为_ nm。参考答案考向探究突破【题例】答案：滤光片单缝双缝单缝、双缝不平行增大光屏与双缝间的距离减小双缝间的距离11.416.7便于测量与减小测量误差6.6107解析：看不到明暗相间的条纹，表明经单缝的光，未通过双缝变成相干光，这是单缝、双缝不平行造成的。根据x知，若l增大或d减小，则x增大，即增大双缝与光屏间的距离或减小双缝间的距离。
10、题图乙（3）中，主尺整毫米数（游标零刻度左边）为11 mm，游标尺示数为0.1 mm40.4 mm，所以游标卡尺示数为11.4 mm。同理，题图乙（4）中游标卡尺示数为16.7 mm；由题图乙（1）（2）知，AB间距为干涉条纹宽度的4倍，即|AB|4x，又x，得mm6.6104 mm6.6107 m。由于干涉条纹宽度很小，为减小测量误差与便于测量，采用测多条干涉条纹宽度的方法。演练巩固提升1C解析：由x知，增大S1与S2的间距d或减小双缝屏到光屏的距离l时，条纹间距变小，选项A、B错误；将绿光换为红光，波长变大，条纹间距变大，选项C正确；将绿光换为紫光，波长变小，条纹间距变小，选项D错误。2答
11、案：暗条纹变宽解析：由于光程差7.95107 m1.5，所以将出现暗条纹。由x可知，由于波长变大，所以条纹间距变宽。3答案：A1.970解析：调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，无须放上单缝和双缝，选项A错误。主尺的示数为1.5 mm，可动尺的示数为47.00.01 mm0.470 mm，总的示数为（1.50.470）mm1.970 mm。4答案：（1）E、D、B（2）单缝和双缝间距510 cm使单缝与双缝相互平行（3）13.8702.310（4）x6.6102解析：本题考查用双缝干涉测光的波长。要注意单缝和双缝要互相平行且双缝到屏的距离相等。注意螺旋测微器的读数要估读。题图甲手轮示数x12.310 mm，题图乙手轮示数x213.870 mm，x2.31 mm，x2.310 mm6.6104 mm6.6102 nm。