資源簡介

實驗二十一　用雙縫干涉測量光的波長
1. 掌握由Δx＝λ測量光的波長的原理，并會測單色光波長．
2．觀察單色光的雙縫干涉圖樣，掌握測量頭測量條紋間距的方法．
一、實驗思路與操作
裝置圖和思路 操作要領
思路： 測量雙縫到屏的距離l及相鄰兩條亮條紋間的距離Δx，由λ＝Δx計算波長． (1)安裝儀器 ①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上； ②接好電源，打開開關，使燈絲正常發光，調節各部件的高度，使光源燈絲發出的光能沿軸線到達光屏； ③安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行． (2)觀察與記錄 ①調單縫與雙縫間距為幾厘米時，觀察白光的干涉條紋； ②在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋； ③調節測量頭，使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數x1，轉動手輪，使分劃板向一側移動，當分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數x2，則相鄰兩亮條紋間的距離Δx＝．
二、數據處理
1．條紋間距Δx＝.
2．波長λ＝Δx.
3．計算多組數據，求λ的平均值．
注意事項
(1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器，要輕拿輕放，不要隨便拆分遮光筒、測量頭等元件．
(2)安裝時，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，并使單縫、雙縫平行且豎直．
(3)光源使用線狀長絲燈泡，調節時使之與單縫平行且靠近．
(4)實驗中會出現屏上的光很弱的情況，主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋是否清晰與單縫和雙縫是否平行有關系．
誤差分析
(1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差．
(2)測條紋間距Δx帶來的誤差如下：
①干涉條紋沒有調整到最清晰的程度．
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測量多條亮條紋間的距離時讀數不準確，此間距中的條紋數未數清．
考點一　教材原型實驗
例 1 在實驗室用雙縫干涉測光的波長，實驗裝置如圖所示
(1)雙縫、光屏、單縫，依次是圖中的________(填圖中的字母)．
(2)①圖是實驗得到的紅光雙縫干涉圖樣照片，根據該圖可判斷雙縫干涉的亮條紋間距________(填“相等”或“不相等”)．
(3)在某次測量中，觀察分劃板中心線與亮條紋P中心對齊時的情形，如圖②所示．然后轉動測量頭手輪，當分劃板中心線與亮條紋Q中心對齊時，目鏡中觀察到的圖應為③圖中的________．
(4)已知單縫與光屏間距L1，雙縫與光屏間距L2，單縫與雙縫間距為d1，雙縫間距d2，圖①中分劃板中心線與亮條紋P中心對齊時手輪讀數為x1，與亮條紋Q中心對齊時手輪讀數為x2(x2>x1)，則實驗測得該光的波長的表達式為______________．
例 2 [2024·湖南常德一中?？寄M預測]某同學利用如圖1所示裝置測量某種單色光波長．實驗時，接通電源使光源正常發光，調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋．回答下列問題：
(1)關于本實驗下列說法正確的是________；
A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致
B．A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在A和B之間
C．A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在凸透鏡和A之間
D．若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，可以換用間距更小的雙縫
(2)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.4 mm，測得屏與雙縫間的距離為0.5 m，用某種單色光實驗得到的干涉條紋如圖2所示，分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺的讀數也如圖2中所示，則A位置對應的讀數為__________ mm.B位置對應的讀數為15.6 mm，則所測單色光的波長約為________ nm(結果保留整數部分)；
(3)若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，如圖3所示，在這種情況測量相鄰條紋間距Δx，則波長λ的測量值________(填“大于”“小于”或“等于”)實際值．
考點二　探索創新實驗
例 3 [2024·吉林統考模擬預測]某實驗小組使用圖甲的裝置測量某紅色激光的波長．用光具座固定激光筆和刻有雙縫的黑色紙板，雙縫間的寬度d＝0.2 mm.激光經過雙縫后投射到光屏中的條紋如圖乙所示，由刻度尺讀出A、B兩亮紋間的距離x＝________ mm.通過激光測距儀測量出雙縫到投影屏間的距離L＝2.0 m，則該激光的波長λ＝________ m．如果用紫色激光重新實驗，相鄰亮紋間距會________(選填“變大”“變小”或“不變”)．
例 4 寒假期間小明利用圖甲所示的物品，測量了某型號刀片的厚度．
實驗過程如下：
(1)點燃蠟燭，用蠟燭火焰把玻璃片的一面熏黑；
(2)并齊捏緊兩片刀片，在玻璃片的熏黑面劃出兩條平直劃痕；
(3)如圖乙所示，將激光光源和玻璃片固定在桌上，并將作為光屏的白紙固定在距離足夠遠的墻上．
(4)打開激光光源，調整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在兩劃痕上．
(5)觀察白紙上的干涉條紋如圖丙所示．用刻度尺測出a、b兩點間的距離為________ cm，則兩相鄰暗紋中心之間的距離Δy＝________ cm.
(6)測得玻璃片到光屏的距離L＝3.00 m，已知該紅色激光的波長λ＝700 nm，利用公式求出雙劃痕間距d＝________ mm，即為刀片厚度(結果保留兩位有效數字)．
實驗二十一　用雙縫干涉測量光的波長
關鍵能力·分層突破
例1　解析：(1)雙縫干涉測光的波長的實驗中，設備依次擺放的位置從左到右依次是光源、濾光片、單縫、雙縫、濾光筒、光屏，雙縫、光屏、單縫，依次是圖中的D、F、C；
(2)①圖可判斷雙縫干涉的亮條紋間距相等；
(3)轉動測量頭手輪，當分劃板中心線與亮條紋Q中心對齊時，目鏡中觀察到的圖應為③圖中的A；
(4)由Δx＝λ，得λ＝＝
答案：(1)DFC　(2)相等　(3)A　(4)
例2　解析：(1)該實驗中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致，故A正確；
為獲取兩個單色線光源，A處應為單縫、B處應為雙縫，濾光片在凸透鏡和A之間，B錯誤，C正確；
若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，則條紋間距Δx將減小，根據相鄰亮條紋間的距離為Δx＝λ可知，應使用間距更大的雙縫；而d減小，會使條紋間距Δx變大，故D錯誤．
故選AC.
(2)該游標卡尺的精度為0.1mm，則在A位置時游標卡尺讀數為xA＝10 mm＋9×0.1 mm＝10.9 mm
相鄰條紋間距Δx＝ mm＝0.78 mm
由Δx＝λ可得所測單色光的波長為λ＝＝ m＝6.24×10－7 m＝624 nm
(3)若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，在這種情況測量相鄰條紋間距Δx時，將導致測量值Δx大于實際值，由λ＝可知，λ的測量值也將大于實際值．
答案：(1)AC　(2)10.9　624　(3)大于
例3　解析：刻度尺的最小刻度值為1 mm，由刻度尺讀出A、B兩亮紋間的距離x＝9.00 cm－2.50 cm＝6.50 cm＝65.0 mm
相鄰兩條亮條紋間的距離為Δx＝＝ mm＝6.50 mm
由λ＝＝ m＝6.50×10－7 m
如果用紫色激光重新實驗，由于紫色激光的波長較小，由Δx＝λ可知，d、L不變，則相鄰亮條紋間距會變小．
答案：65.0　6.50×10－7　變小
例4　解析：(5)用刻度尺測出a、b兩點間的距離為10.50 cm，兩相鄰暗紋中心之間的距離為Δy＝ cm＝2.10 cm.
(6)刀片的厚度為Δy＝λ，解得d＝0.10 mm.
答案：(5)10.50　2.10　(6)0.10(共28張PPT)
實驗二十一　用雙縫干涉測量光的波長

素養目標
1. 掌握由Δx＝λ測量光的波長的原理，并會測單色光波長．
2．觀察單色光的雙縫干涉圖樣，掌握測量頭測量條紋間距的方法．
必備知識·自主落實
關鍵能力·分層突破
必備知識·自主落實
一、實驗思路與操作
裝置圖和思路
思路：
測量雙縫到屏的距離l及相鄰兩條亮條紋間的距離Δx，由λ＝Δx計算波長．
操作要領
(1)安裝儀器
①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上；
②接好電源，打開開關，使燈絲正常發光，調節各部件的高度，使光源燈絲發出的光能沿軸線到達光屏；
③安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行．
(2)觀察與記錄
①調單縫與雙縫間距為幾厘米時，觀察白光的干涉條紋；
②在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋；
③調節測量頭，使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數x1，轉動手輪，使分劃板向一側移動，當分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數x2，則相鄰兩亮條紋間的距離Δx＝．
二、數據處理
1．條紋間距Δx＝.
2．波長λ＝Δx.
3．計算多組數據，求λ的平均值．

注意事項
(1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器，要輕拿輕放，不要隨便拆分遮光筒、測量頭等元件．
(2)安裝時，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，并使單縫、雙縫平行且豎直．
(3)光源使用線狀長絲燈泡，調節時使之與單縫平行且靠近．
(4)實驗中會出現屏上的光很弱的情況，主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋是否清晰與單縫和雙縫是否平行有關系．
誤差分析
(1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差．
(2)測條紋間距Δx帶來的誤差如下：
①干涉條紋沒有調整到最清晰的程度．
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測量多條亮條紋間的距離時讀數不準確，此間距中的條紋數未數清．
關鍵能力·分層突破
考點一　教材原型實驗
例 1 在實驗室用雙縫干涉測光的波長，實驗裝置如圖所示
(1)雙縫、光屏、單縫，依次是圖中的________(填圖中的字母)．
DFC
解析：(1)雙縫干涉測光的波長的實驗中，設備依次擺放的位置從左到右依次是光源、濾光片、單縫、雙縫、濾光筒、光屏，雙縫、光屏、單縫，依次是圖中的D、F、C；
(2)①圖是實驗得到的紅光雙縫干涉圖樣照片，根據該圖可判斷雙縫干涉的亮條紋間距________(填“相等”或“不相等”)．
(3)在某次測量中，觀察分劃板中心線與亮條紋P中心對齊時的情形，如圖②所示．然后轉動測量頭手輪，當分劃板中心線與亮條紋Q中心對齊時，目鏡中觀察到的圖應為③圖中的________．
相等
A
解析：(2)①圖可判斷雙縫干涉的亮條紋間距相等；
(3)轉動測量頭手輪，當分劃板中心線與亮條紋Q中心對齊時，目鏡中觀察到的圖應為③圖中的A；
(4)已知單縫與光屏間距L1，雙縫與光屏間距L2，單縫與雙縫間距為d1，雙縫間距d2，圖①中分劃板中心線與亮條紋P中心對齊時手輪讀數為x1，與亮條紋Q中心對齊時手輪讀數為x2(x2>x1)，則實驗測得該光的波長的表達式為______________．
解析： (4)由Δx＝λ，得λ＝＝
例 2 [2024·湖南常德一中校考模擬預測]某同學利用如圖1所示裝置測量某種單色光波長．實驗時，接通電源使光源正常發光，調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋．回答下列問題：
(1)關于本實驗下列說法正確的是________；
A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致
B．A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在A和B之間
C．A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在凸透鏡和A之間
D．若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，可以換用間距更小的雙縫
AC
解析：(1)該實驗中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致，故A正確；
為獲取兩個單色線光源，A處應為單縫、B處應為雙縫，濾光片在凸透鏡和A之間，B錯誤，C正確；
若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，則條紋間距Δx將減小，根據相鄰亮條紋間的距離為Δx＝λ可知，應使用間距更大的雙縫；而d減小，會使條紋間距Δx變大，故D錯誤．
故選AC.
(2)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.4 mm，測得屏與雙縫間的距離為0.5 m，用某種單色光實驗得到的干涉條紋如圖2所示，分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺的讀數也如圖2中所示，則A位置對應的讀數為_______ mm.B位置對應的讀數為15.6 mm，則所測單色光的波長約為________ nm(結果保留整數部分)；
10.9
624
解析：(2)該游標卡尺的精度為0.1mm，則在A位置時游標卡尺讀數為xA＝10 mm＋9×0.1 mm＝10.9 mm
相鄰條紋間距Δx＝ mm＝0.78 mm
由Δx＝λ可得所測單色光的波長為λ＝＝ m＝6.24×10－7 m＝624 nm
(3)若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，如圖3所示，在這種情況測量相鄰條紋間距Δx，則波長λ的測量值________(填“大于”“小于”或“等于”)實際值．
大于
解析： 若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，在這種情況測量相鄰條紋間距Δx時，將導致測量值Δx大于實際值，由λ＝可知，λ的測量值也將大于實際值．
考點二　探索創新實驗
例 3 [2024·吉林統考模擬預測]某實驗小組使用圖甲的裝置測量某紅色激光的波長．用光具座固定激光筆和刻有雙縫的黑色紙板，雙縫間的寬度d＝0.2 mm.激光經過雙縫后投射到光屏中的條紋如圖乙所示，由刻度尺讀出A、B兩亮紋間的距離x＝________ mm.通過激光測距儀測量出雙縫到投影屏間的距離L＝2.0 m，則該激光的波長λ＝________ m．如果用紫色激光重新實驗，相鄰亮紋間距會________(選填“變大”“變小”或“不變”)．
65.0
6.50×10－7
變小
解析：刻度尺的最小刻度值為1 mm，由刻度尺讀出A、B兩亮紋間的距離x＝9.00 cm－2.50 cm＝6.50 cm＝65.0 mm
相鄰兩條亮條紋間的距離為Δx＝＝ mm＝6.50 mm
由λ＝＝ m＝6.50×10－7 m
如果用紫色激光重新實驗，由于紫色激光的波長較小，由Δx＝λ可知，d、L不變，則相鄰亮條紋間距會變?。?br/>例 4 寒假期間小明利用圖甲所示的物品，測量了某型號刀片的厚度．
實驗過程如下：
(1)點燃蠟燭，用蠟燭火焰把玻璃片的一面熏黑；
(2)并齊捏緊兩片刀片，在玻璃片的熏黑面劃出兩條平直劃痕；
(3)如圖乙所示，將激光光源和玻璃片固定在桌上，并將作為光屏的白紙固定在距離足夠遠的墻上．
(4)打開激光光源，調整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在兩劃痕上．
(5)觀察白紙上的干涉條紋如圖丙所示．用刻度尺測出a、b兩點間的距離為________ cm，則兩相鄰暗紋中心之間的距離Δy＝________ cm.
(6)測得玻璃片到光屏的距離L＝3.00 m，已知該紅色激光的波長λ＝700 nm，利用公式求出雙劃痕間距d＝________ mm，即為刀片厚度(結果保留兩位有效數字)．
10.50
2.10
0.10
解析：(5)用刻度尺測出a、b兩點間的距離為10.50 cm，兩相鄰暗紋中心之間的距離為Δy＝ cm＝2.10 cm.
(6)刀片的厚度為Δy＝λ，解得d＝0.10 mm.

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