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人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊
第四章 光
4.4 實驗：用雙縫干涉測量光的波長
授課人：揚帆起航
CONTENTS
01
實驗原理
02
實驗器材
03
實驗步驟
04
典型例題
目錄
實驗誤差
05
01
實 驗 原 理
光
實驗目的、原理
一、實驗目的
(1)了解光波產生穩定的干涉現象的條件；
(2)觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣；
(2)掌握測定單色光的波長的方法。
二、實驗原理
單色光通過單縫后，經雙縫產生穩定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮（暗）紋間的距離△x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長λ之間滿足
02
實 驗 器 材
光
雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)、學生電源、導線、刻度尺．
光源
濾光片
雙縫
遮光筒
毛玻璃
單縫
測量頭
實驗器材
03
實 驗 步 驟
光
1、如圖，把長約1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏；
2、取下雙縫，打開光源，調節光源高度，使它發出的光沿遮光筒軸線照亮屏(中心在同一高度);
3、裝好單縫和雙縫(縫沿豎直方向)，調節透鏡，使燈絲的像成在單縫上，調節單、雙縫，使縫平行，這時在屏上會看到白光的干涉圖樣；
實驗步驟
光源
濾光片
單縫
雙縫
遮光筒
屏
透鏡
4、在單縫和光源間放上紅色濾光片，觀察紅光干涉圖樣；
5、調節測量頭，使分劃板中心刻線與左端某條(記為第1條)亮紋中心對齊，記下此時測量頭刻度x1，將測量頭朝右端移動，記下第 n 條亮紋中心位置x2；則第1條亮紋與第 n 條亮紋中心間距為a=x2-x1，則相鄰亮紋間距為：
6、已知雙縫間的距離d，測出雙縫到屏的距離L，由 ，計算紅光的波長。
光源
濾光片
單縫
雙縫
遮光筒
屏
透鏡
第1條
第7條
15
20
5
10
0
20
25
15
第1條時讀數
第7條時讀數
15
20
5
10
0
30
35
40
45
螺旋測微器的讀數
04
注 意 事 項
光
1．放置單縫和雙縫時，必須使縫平行．
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上．
3．測量頭的中心刻線要對應著亮(或暗)紋的中心．
4．要多測幾個亮紋(或暗紋)中心間的距離，再求Δx.
5．調節的基本依據是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰一般是因為單縫與雙縫不平行．
注意事項
05
誤 差 分 析
光
1．(1)測雙縫到屏的距離L帶來的誤差，可通過選用mm刻度尺，進行多次測量求平均值的辦法減小誤差．
(2)通過測量多條亮條紋間的距離來減小測量誤差．
2．測條紋間距Δx帶來的誤差．
(1)干涉條紋沒有調到最清晰的程度．
(2)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．
(3)測量多條亮條紋間距離時讀數不準確．
誤差分析
06
典 型 例 題
光
典例分析1 — 實驗儀器的選擇與使用
例題1.在用雙縫干涉測量光的波長實驗中(實驗裝置如圖):
(1)下列說法錯誤的是　　　　。(填選項前的字母)
A.調節光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時,應放上單縫和雙縫
B.測量某條干涉亮紋位置時,應使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊
C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條亮紋間距
(2)測量某亮紋位置時,手輪上的示數如圖,其示數為　　　　 mm。
解析 (1)應先調節光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項A不正確。測微目鏡分劃板中心刻線應與亮紋中心對齊,使得移動過程測出的條紋間距較為準確,選項B正確。測微目鏡移過n條亮紋,則亮條紋間距
,選項C正確。故選A。
(2)主尺讀數是1.5 mm,螺旋讀數是47.0×0.01 mm,因此示數為1.970 mm。
答案 (1)A　(2)1.970
典例分析1 — 實驗儀器的選擇與使用
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
例題2.在用雙縫干涉測量光的波長實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖所示),單縫保持豎直方向,并選用縫間距為d的雙縫屏。從儀器注明的規格可知,毛玻璃屏與雙縫屏間的距離為l。
(1)組裝儀器時,單縫和雙縫的空間關系應該為　　　　　。
A.a代表單縫,b代表雙縫
B.a代表雙縫,b代表單縫
C.二者相互垂直放置
D.二者相互平行放置
(2)將紅色濾光片改為綠色濾光片,其他實驗條件不變,在目鏡中仍可看見清晰的條紋,則　　　　　。
A.條紋為豎條紋
B.條紋為橫條紋
C.與紅光相比條紋間距變窄
D.與紅光相比條紋間距變寬
(3)經計算可得兩個相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離為Δx,則這種光的波長為λ=　　　　　(用題中所給字母表示)。
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
解析 (1)雙縫的光來自單縫,因此單縫距離光源更近,A正確,B錯誤;雙縫與單縫應該平行放置,C錯誤,D正確。
(2)由于單縫保持豎直,條紋的方向與單縫平行,所以條紋豎直,A正確,B錯誤;由于綠光的波長比紅光的短,所以干涉條紋間距比紅光的窄,C正確,D錯誤。
(3)根據兩個相鄰的亮條紋(或暗條紋)間距為Δx= λ,可得波長表達式
λ= Δx。
答案 (1)AD　(2)AC　(3) Δx
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
例題3.在用雙縫干涉測量光的波長實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用縫間距d=0.20 mm 的雙縫屏。從儀器注明的規格可知,像屏與雙縫屏間的距離l=700 mm。然后,接通電源使光源正常工作。
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同學調整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數字是該同學給各暗條紋的編號,此時圖乙(b)中游標尺上的讀數x1=1.16 mm;接著再轉動手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時圖丙(b)中游標尺上的讀數x2=　 mm。
乙
丙
(2)利用上述測量結果,經計算可得兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離
Δx=　　　　mm;這種色光的波長λ=　　　　nm。
答案 (1)15.02　(2)2.31　6.6×102
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
例題4. 如圖所示是用雙縫干涉測光波波長的實驗設備示意圖。
(1)轉動測量頭的手輪,使分劃板中心刻線對準第1條亮條紋,讀出手輪的讀數如圖乙所示。繼續轉動手輪,使分劃板中心刻線對準第8條亮條紋,讀出手輪的讀數如圖丙所示。則相鄰兩亮條紋的間距是　　　　　 mm(結果保留三位有效數字)。
(2)如果已經量得雙縫的間距是0.3 mm,雙縫和光屏之間的距離是900 mm,則待測光的波長是　　　　 m(結果保留三位有效數字)。
典例分析2 — 實驗過程和數據處理
解析 (1)題圖乙中手輪的固定刻度讀數為0 mm,可動刻度讀數為
0.01×4.5 mm=0.045 mm
所以最終讀數x1=0.045 mm。
題圖丙中手輪的固定刻度讀數為14.5 mm,可動刻度讀數為
0.01×3.5 mm=0.035 mm,則x2=14.535 mm。
相鄰兩亮條紋的間距
答案 (1)2.07　(2)6.90×10-7
思維導圖

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