2024屆高考物理復(fù)習(xí)講義：實(shí)驗(yàn)十九 用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)

實(shí)驗(yàn)十九用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握由以=夕測(cè)光的波長(zhǎng)的原理，并能測(cè)單色光波長(zhǎng)。2.觀察單

色光的雙縫干涉圖樣，掌握測(cè)量頭測(cè)量條紋間距的方法。

夯實(shí)必備知識(shí)

實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)

1.安裝儀器(如圖2)

光源泡光片單縫雙縫遮光筒屏

邛I…i…看三千

AA

圖2

⑴將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次1.調(diào)節(jié)雙縫干涉儀

安放在光具座上。時(shí)，要注意調(diào)整光

⑵接好光源，打開開關(guān)，使白熾燈源的高度，使它發(fā)

出的光束能夠沿

如圖1所示，相鄰兩條正常發(fā)光。調(diào)節(jié)各部件的高度，使光

著遮光筒的軸線

亮(暗)條紋間的距離源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。

把屏照亮。

■與入射光波長(zhǎng)九雙(3)安裝單縫和雙縫，中心位于遮光

2放.置單縫和雙縫

縫S1、S2間距離d及雙筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平

時(shí)，縫要相互平

縫與屏的距離/滿足關(guān)行。

行，中心大致位于

2.觀察與記錄

系式因此，

遮光筒的軸線上。

⑴調(diào)單縫與雙縫間距為5?1()cm

只要測(cè)出、/即

And時(shí)，觀察白光的干涉條紋。3.調(diào)節(jié)測(cè)量頭時(shí)，

可測(cè)出波長(zhǎng)九

⑵在單縫和光源間放上濾光片，觀應(yīng)使分劃板中心

察單色光的干涉條紋。刻線和亮條紋的

中心對(duì)齊。

(3)調(diào)節(jié)測(cè)量頭，使分劃板中心刻度

.不要直接測(cè)

線對(duì)齊第1條亮條紋的中心，記下手4Ax,

圖1

輪上的讀數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板要測(cè)多條亮條紋

向一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)分劃板中心刻度線與的間距再計(jì)算得

第〃條相鄰的亮條紋中心對(duì)齊時(shí)，記到戰(zhàn),這樣可以減

下手輪卜的刻度數(shù)G,則相鄰兩亮條小誤差。

紋I可的距離Ax=I—o

n—I

(4)換用不同的濾光片，測(cè)量其他色

光的波長(zhǎng)。

數(shù)據(jù)處理

L條紋間距:3/2?波長(zhǎng)：小3?測(cè)量多組數(shù)據(jù)，求幺的平均值。

誤差分析

1.雙縫到屏的距離/的測(cè)量存在誤差。

2.測(cè)條紋間距故帶來的誤差如下：

⑴干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度。

(2)誤認(rèn)為心為亮(暗)條紋的寬度。

(3)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。

(4)測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。

研透核心考點(diǎn)

考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)

例1(2022?山東日照模擬)某同學(xué)利用如圖3甲所示的裝置測(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，從目鏡中可以觀察到干涉條

紋?；卮鹣铝袉栴}：

(1)若想增加目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可o

A.將單縫靠近雙縫B.將屏靠近雙縫

C.將屏遠(yuǎn)離雙縫D.使用間距更大的雙縫

(2)某次測(cè)量時(shí)，雙縫的間距為0.300mm,測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20m,當(dāng)

分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)第1條亮條紋的中心時(shí)讀數(shù)山=2.310mm,對(duì)準(zhǔn)第5條亮

條紋的中心時(shí)讀數(shù)如圖乙所示，則讀數(shù)照=mm,所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為

漉

單

光

光

縫

片

源

C-

10K目

測(cè)量頭鏡

甲

B./?=1()mm,d=1()mm,/=8()cm

C.h=1mm,d=0.2mm,/=80cm

D.//=1mm,d=10mm,/=10cm

(2)當(dāng)測(cè)量頭中的分劃板中心刻線對(duì)齊某條紋的中心時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖5所

示，讀數(shù)為mm。

(3)如果測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖6所示。

則在這種情況下波長(zhǎng)的測(cè)量值________(填“大于”“小于”或“等于")實(shí)際值。

答案(1)C(2)4.945(3)大于

解析(1)光通過單縫后需形成線光源，因此人必須比較??；根據(jù)&1=夕，雙縫

與屏的距離/越大，雙健間距d越小，干涉條紋間距越大，條紋越清晰，故選C。

(2)手輪上分度值為0.01mm,故讀數(shù)為4.5mm+44.5X0.01mm=4.945mm。

(3)條紋與分劃板中心刻線不平行時(shí)，實(shí)際值A(chǔ)x安=1曷cos8

。為條紋與分劃板中心刻線間的夾角，故Ax實(shí)<〃居，由?=今得波長(zhǎng)的測(cè)量值

大于實(shí)際值。

考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

例2洛埃德在1834年提出了一?種更簡(jiǎn)單的觀察干涉的裝置。如圖7所示，單色

光從單縫5射出，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上,

在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是6。

⑴通過洛埃德鏡在屏二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”。

⑵實(shí)驗(yàn)中已知單縫S到平面鏡的垂直距離〃=0.15mm,單縫到光屏的距離。=

1.2m,觀測(cè)到第3個(gè)亮條紋中心到第12個(gè)亮條紋中心的間距為22.78mm,則該

單色光的波長(zhǎng)2=m(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。

(3)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮條紋之間的距離。

A.將平面鏡稍向上移動(dòng)一些

R.將平面鏡稍向右移動(dòng)一些

C.將光屏稍向右移動(dòng)一些

D.將光源由紅色光改為綠色光

答案(l)S'(2)6X10-7(3)AC

解析(1)通過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)第3個(gè)亮條紋中心到第12個(gè)亮條紋中心的間距為22.78mm,則相鄰亮條紋間

2778X\0-3

-3

距為2—m^2.53X10m,等效雙縫間的距離為d=2/?=0.3()mm

12—3

=3.0X107巾，根據(jù)雙縫干涉條紋間距\x=M人,則有4=華^=

30X10—4x2.53X10-3

m=6XIO-7m

L20

⑶根據(jù)雙縫干涉條紋間距—=也可知，僅增大D,僅減小d,僅增大波長(zhǎng)九

都能夠增大光屏上相鄰兩條亮條紋之間的距離，所以A、C正確。

提升素養(yǎng)能力

1.如圖1甲所示，為“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)裝置。

甲

BC

NQ--------------

乙

圖1

(1)如圖乙為撥桿，下列安裝和操作都正確的是________。

A.撥桿A處丫字叉套在單縫所在處的支柱，手持撥桿的C端，通過左右撥動(dòng)來

調(diào)節(jié)B小孔套住的雙縫

B.撥桿8處小孔套在雙縫所在處的支柱，手持撥桿的。端，通過手的左右撥動(dòng)

來調(diào)節(jié)A處丫字叉套住的單縫

C.撥桿3處小孔套在雙縫所在處的支柱，手持撥桿的C端，通過手的上下?lián)軇?dòng)

來調(diào)節(jié)A處丫字叉套住的單縫

(2)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可o

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.使用兩縫之間間距更小的雙縫

答案(1)B(2)B

解析(1)撥桿的作用是調(diào)整單縫的位置，使之與雙縫平行，方法是手持撥桿的C

端，左右撥動(dòng)來調(diào)節(jié)丫字叉套住的單縫，在目鏡中得到清晰的干涉圖樣，故B

正確。

⑵若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，應(yīng)減小干涉條紋間距，根據(jù)—=方可

知，可增大雙縫間距或減小雙縫到屏的距離，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。

2.如圖2甲所示：某同學(xué)對(duì)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

(1)圖乙、圖丙是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是________o

濾

光1**1雙

源縫

遮光筒

A

A

A

甲

|n

minii

丙

乙

圖2

____o

____

的是

觀察到

中能夠

述現(xiàn)象

(2)下

距變寬

條紋間

，干涉

紅色的

的換成

由藍(lán)色

濾光片

A.將

變寬

紋間距

干涉條

后，

距離

小段

動(dòng)一

縫移

向雙

單縫

B.將

窄

間距變

涉條紋

縫，干

的雙

較大

距離

之間

兩縫

一個(gè)

C.換

象消失

干涉現(xiàn)

后，

光片

掉濾

D.去

種

得這

m,求

50m

是11.5

間距

中心

條紋

條亮

第六

心與

紋中

亮條

一條

得第

果測(cè)

(3)如

/=

距離

屏的

縫到

m,雙

).2m

距d=(

縫間

知雙

m(已

波長(zhǎng)為

色光的

o

mm)

700

-7

10

)6.6X

(3

(2)AC

乙

⑴

答案

是中間

紋特點(diǎn)

衍射條

度；

等亮

度、

等寬

距、

等間

點(diǎn)是

紋特

涉條

縫干

(1)雙

解析

。

條紋

干涉

圖是

知乙