第2節(jié) 科學(xué)測(cè)量：用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)

誤差分析1．測(cè)雙縫到屏的距離l帶來(lái)的誤差，可通過(guò)選用毫米刻度尺，進(jìn)行多次測(cè)量求平均值的辦法減小誤差。2．測(cè)條紋間距Δy帶來(lái)的誤差(1)干涉條紋沒(méi)有調(diào)到最清晰的程度。(2)分劃板刻線(xiàn)與干涉條紋不平行，中心刻線(xiàn)沒(méi)有恰好位于條紋中心。(3)測(cè)量多條亮條紋間距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確。

注意事項(xiàng)1．放置單縫和雙縫時(shí)，必須使單縫與雙縫相互平行。2．要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線(xiàn)上。3．測(cè)量頭的中心刻線(xiàn)要對(duì)著亮(或暗)條紋的中心。4．要多測(cè)幾條亮條紋(或暗條紋)中心間的距離，再求Δy。5．照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒不共軸，干涉條紋不清晰一般是因?yàn)閱慰p與雙縫不平行。二、他版教材實(shí)驗(yàn)多融通人教版教材實(shí)驗(yàn)方案

[差異解讀](1)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方案與魯科版相同。(2)與魯科版相比多了透鏡，少了調(diào)節(jié)桿。[典例1]

圖示是“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)的裝置。實(shí)驗(yàn)中：(1)觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是_________。(單選)A．旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭B．增大單縫與雙縫間的距離C．調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行實(shí)驗(yàn)原理與操作(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是______。(單選)A．減小單縫與光源間的距離B．減小單縫與雙縫間的距離C．增大透鏡與單縫間的距離D．增大雙縫與測(cè)量頭間的距離[答案]

(1)C

(2)D(1)牢記實(shí)驗(yàn)儀器在光具座上的排列順序。(2)弄清影響條紋清晰度的因素。(3)弄清影響條紋間距的因素。[典例2]

某同學(xué)利用圖示裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可________；數(shù)據(jù)處理和誤差分析A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)D．使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測(cè)得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長(zhǎng)λ＝________；(3)某次測(cè)量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300mm，測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。創(chuàng)新考查角度和創(chuàng)新思維答案：S1和S2之間的距離d

S1(或S2)與光屏間的距離l干涉條紋相鄰兩條亮條紋或暗條紋中心間距Δy2．[實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新]洛埃德(H.Lloyd)在1834年提出了一種更簡(jiǎn)單的觀察光的干涉現(xiàn)象的裝置——洛埃德鏡。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到平面鏡后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過(guò)平面鏡成的像是S′。(1)通過(guò)洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個(gè)縫，______________相當(dāng)于另一個(gè)“縫”。(2)實(shí)驗(yàn)表明，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，在界面處發(fā)生反射時(shí)，若入射角接近90°，反射光與入射光相比，相位有π的變化，即半波損失。如果把光屏移動(dòng)到和平面鏡接觸，接觸點(diǎn)P處是________(填“亮條紋”或“暗條紋”)。(3)實(shí)驗(yàn)中，已知單縫S到平面鏡的距離為h＝0.15mm，單縫到光屏的距離為D＝1.2m，觀測(cè)到第3條亮條紋到第12條亮條紋的中心間距為22.78mm，則該單色光的波長(zhǎng)λ為_(kāi)_____m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。1．在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)器材按要求安裝在光具座上，如圖所示。在實(shí)驗(yàn)前已獲知的數(shù)據(jù)有：雙縫的間距為d，雙縫到屏的距離為l。(1)為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，根?jù)已標(biāo)明的實(shí)驗(yàn)器材，可判斷出M處的實(shí)驗(yàn)器材是________。(2)分別選用紅色和藍(lán)色濾光片做實(shí)驗(yàn)，得到的干涉圖樣是四幅圖中的兩幅。則用紅色濾光片做實(shí)驗(yàn)得到的干涉圖樣是其中的________。(3)經(jīng)測(cè)量，紅光干涉相鄰兩條亮條紋間的距離為Δy，請(qǐng)據(jù)此寫(xiě)出能夠反映紅光波長(zhǎng)大小的表達(dá)式λ＝________。(4)該實(shí)驗(yàn)中l(wèi)＝700mm，已知d的數(shù)量級(jí)為10－4m，相鄰兩條亮條紋間距的數(shù)量級(jí)為10－3m，由此可推斷紅光的波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)約為_(kāi)_______m。A．10－3B．10－5C．10－7 D．10－9答案：(1)ACD

(2)0.704

(3)大于3．用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間距離d＝0.20mm，雙縫到毛玻璃屏間的距離為l＝75.0cm，如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)如圖乙所示的測(cè)量頭上的手輪，使與游標(biāo)卡尺相連的分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)如圖丙所示的第1條亮條紋中心，此時(shí)游標(biāo)卡尺的主尺和游標(biāo)的位置如圖戊所示，則游標(biāo)卡尺上的讀數(shù)x1＝________mm，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使與游標(biāo)卡尺相連的分劃板中心刻線(xiàn)向右邊移動(dòng)，直到對(duì)準(zhǔn)第5條亮條紋中心，如圖丁所示，此時(shí)游標(biāo)卡尺的主尺和游標(biāo)的位置如圖己所示，則游標(biāo)卡尺上的讀數(shù)x2＝________mm，由以上已知數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，則該單色光的波長(zhǎng)是________mm。答案：0.3

9.6

6.2×10－44．現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、________、A。(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有：①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線(xiàn)把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線(xiàn)上；③用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離；④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮條紋間的距離。在操作步驟②時(shí)還注意單縫、雙縫應(yīng)______________且____________。(3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線(xiàn)與某亮條紋中心對(duì)齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線(xiàn)與第6條亮條紋中心對(duì)齊，記