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第四章 《光》
第4節 《實驗：用雙縫干涉測量光的波長》
《選擇性必修第一冊》（人教版）
干涉條紋與光的波長之間的關系
波長為 的單色光照射到雙縫上。兩縫中心間距為d，兩縫S1、S2的中垂線與屏的交點為P0，雙縫到屏的距離為OP=l。
對于屏上與P0的距離為x的一點P1，兩縫與P1的距離分別為r1、r2，且d l
亮紋條件：
相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距是：
一、實驗原理
單色光通過單縫后，經雙縫產生穩定干涉圖樣，圖中相鄰兩條亮紋間距△x、雙縫間距d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長λ滿足：
一、實驗原理
1、怎樣才能得到雙縫干涉條紋
2、測量波長需要測量哪些量 需要用什么器材測量
3、怎樣增大(或減小)亮條紋的寬度
4、換用不同顏色的濾光片進行實驗，干涉條紋間的距離怎樣變化
5、實驗過程中應記錄的數據有哪些
6、白光的干涉條紋有什么特點 用白光實驗時會存在什么問題
思考
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．
二、實驗器材
光源
濾光片
雙縫
遮光筒
毛玻璃
單縫
測量頭
凸透鏡

三、實驗步驟
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；
光源
濾光片
單縫
雙縫
遮光筒
屏
透鏡
三、實驗步驟
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a1，將測量頭朝右端移動，記下第 n 條亮紋中心位置a2；則第1條亮紋與第 n 條亮紋中心間距為a=a2—a1，則相鄰亮紋間距為：
15
20
5
10
0
20
25
15
第1條時讀數
第4條時讀數
15
20
5
10
0
30
35
40
45
Δx
Δx
Δx
Δx
Δx
紅光
第一條亮紋
第一條暗紋
第一條暗紋
第二條暗紋
第三條暗紋
第二條暗紋
第三條暗紋
第三條亮紋
第二條亮紋
第三條亮紋
第二條亮紋
第1條
第7條
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。
（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條相鄰的明條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數x2，則
相鄰兩條紋間的距離
（4）換用不同的濾光片，測量其他色光的波長.
觀察與記錄
刻度尺
螺旋測微器或游標卡尺
實驗演示
四、注意事項
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.
一、照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮;
實驗中常會出現以下三種情況:
原因：燈絲與單縫、雙縫，或測量頭與遮光簡不共軸，
解決辦法：實驗前先取下單縫和雙縫，打開光源，調節光源的高度和角度，使它發出的光沿著遮光筒的軸線把屏照亮，然后放好單縫和雙縫。
解決辦法：通過轉動遮光筒使條紋與分劃板刻線平行。
原因：單縫與雙縫不平行所致，
解決辦法：耐心仔細地調節撥桿，使單縫和雙縫平行，以達到最佳效果。
二、干涉條紋不清晰;
三、干涉條紋與分劃板刻線不平行。
五、誤差分析
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．
紅光的條紋間距最大，紫光的最小。
1．紅光的波長最長，紫光的波長最短
2．波長越長，頻率越小，波長越短，頻率越大
（光速=波長×頻率）
3．光的顏色由頻率決定
在其他條件不變的情況下，不同顏色的光，條紋間距不同。
例1. 某同學利用雙縫干涉實驗裝置測定某一光的波長，已知雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為L， 將測量頭的分劃板中心刻線與某一亮條紋的中心對齊，并將該條紋記為第一亮條紋，其示數如圖所示，此時的示數x1= mm。然后轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第n亮條紋的中心對齊，測出第n亮條紋示數為x2。由以上數據可求得該光
的波長表達式λ= （用給出的字母符號表示）。
0.776
0
25
30
20
35
mm
典例分析 —— 實驗過程和數據處理
例2．（多選）在楊氏雙縫干涉實驗中，如果（ ）
A.用白光作為光源， 屏上將呈現黑白相間的條紋
B.用紅光作為光源， 屏上將呈現紅黑相間的條紋
C.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋
D.用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現間距不等的條紋
BD
解析：白光作楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現彩色條紋，A錯
用紅光作光源，屏上將呈現紅色兩條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，B對；
紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，C錯；紫光作光源，遮住一條狹縫，屏上出現單縫衍射條紋，即間距不等的條紋，D對。
典例分析 —— 實驗過程和數據處理
例3.在“用雙縫干涉測光的波長” 的實驗中，裝置如圖，雙縫間的距離d=3mm
（1）若測定紅光的波長，應選用 色的濾光片，實驗時需要測定的物理量有： 和 。
紅
雙縫到屏的距離L
n條條紋間距a
光源
濾光片
單縫
雙縫
遮光筒
屏
典例分析 —— 實驗過程和數據處理
（2）若測得雙縫與屏之間距離0.70m，通過測量頭（與螺旋測微器原理相似，手輪轉動一周，分劃板前進或后退0.500mm）觀察第1條亮紋的位置如圖（a）所示，觀察第5條亮紋的位置如圖（b）所示，則可求出紅光的波長= m.（保留一位有效數字）
0
10
15
20
0
40
0
10
1 2 3 4 5
圖（a）
圖（b）
7×10-7
典例分析 —— 實驗過程和數據處理
由讀數得
則
課堂練習
③②①④⑤
5．某同學在《用雙縫干涉測光的波長》的實驗中，實驗裝置如圖所示。使用的雙縫的間距為0.025cm。實驗時，屏與雙縫之間距離需要測量，已知入射光的波長λ為500nm。則：
（1）先調節______和_______的中心位于遮光筒的中心軸線上，并使_________和_______豎直且互相平行。
光源
雙縫
單縫
雙縫
光源
濾光片
單縫
雙縫
遮光筒
屏
（2）當屏上出現了干涉圖樣后，通過測量頭觀察第1條亮紋的位置如圖a所示，第5條亮紋位置如圖b所示，則雙縫與屏的距離為 mm
594
光源
濾光片
單縫
雙縫
遮光筒
屏
已知雙縫的間距d=0.025cm,波長λ=500nm, 讀數a=a2-a1=(5.880-1.128)mm

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