134实验用双缝干涉测量光的波长

第四节实验：用双缝干涉测量光的波长自主学目标1.了解光波产生稳定干涉图样的条件.2.会用公式dlx测定波长.知识点归纳一、实验目的1.观察白光及单色光的双缝干涉图样.2.掌握用公式dlx测定波长的方法.3.会用测量头测量条纹间距.二、实验原理光源发出的光经过滤光片后成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经过双缝后产生稳定的干涉图样，通过光屏可观察到明暗相间的干涉条纹，条纹中心间距是dlx，则波长=①.式中d为②、l为③、x为④.x的测量为该实验的关键，如图1所示，分划板的刻线可通过目镜观察到，转动手轮，分划板会左右移动.测量时，使分划板中心刻度线对齐某条亮（暗）条纹的中心，如图2所示，记录此时手轮上的读数；转动手轮，使分划板对齐另一条条纹中心，记录此时手轮上的读数.两次读数之差x表示这n条条纹的间距，那么相邻条纹的间距x=⑤.三、实验器材双缝干涉仪：如图3所示，包括光源、光具座、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏、测量头、学生电源、导线、米尺及测量头，测量头包括：分划板、目镜、手轮.提示：①xld②双缝之间距离③双缝到屏的距离④相邻条纹间距⑤1nx重难点解析四、实验步骤1.按下图将仪器安装在光具座上.2.将光源中心、单缝中心、双缝中心、遮光筒中心轴线调节在一条线上.调节单缝与双缝间距大约5～10cm，并且使单缝和双缝的缝平行.3.接通电源，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹.4.加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动手轮，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮的读数和移过分划板中心刻线的条纹数n.5.将两次手轮的读数相减，求出n条条纹间的距离x，计算相邻条纹的间距1nxx.6.用刻度尺测量双缝到屏的距离l(d是已知的).7.利用xld，求出此单色光的波长.8.换用另一颜色的滤光片，重复步骤4、5、6、7，求出相应单色光的波长.五、注意事项1.单缝、双缝要平行，光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒轴线在一条直线上,单缝和双缝间距离大约5～10cm.2.测相邻条纹间距x时，用测量头测出n条条纹的距离x，求出相邻条纹的间距1nxx，而不是nx.3.测量双缝到光屏的距离l时应多次测量求平均值.六、误差分析1.l的测量双缝到屏的距离比较大，l的测量造成的误差影响不太大，应用米尺准确去测量.2.条纹间距x的测量（1）由于条纹间距x很小，故其测量造成的误差会比较大,若直接测量相邻条纹的距离，相对误差较大，所以需要测量多条条纹间的距离，再求出相邻条纹间距.（2）如果分划板刻度线与条纹不平行，会造成误差.(3)分划板刻度线必须与条纹中心必须对其，否则会造成误差.光源滤光片单缝双缝遮光筒屏图3双缝干涉仪图2测量头图1光源滤光片单缝双缝遮光筒屏典型例题例1在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10-7m,屏上P点距双缝s1和s2的路程差为7.95×10-7m.则在这里出现的应是（选填“明条纹”或“暗条纹”）。现改用波长为6.30×10-7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将（选填“变宽”、“变窄”、或“不变”。【答案】暗条纹变宽【解析】（1）测距利用的是平行度好的特点。答案D（2）由于30.595.7=1.5，波程差是半波长的奇数倍，是暗条纹。又dlx，变大，x变大，变宽。例2现有毛玻璃屏A，双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A.(2)本实验的实验步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离．在操作步骤②时还应注意______________________和______________________________________．(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示，记下此示数mm．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数________mm，求得相邻亮纹的间距为Δx为________mm.(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算公式λ＝________，求得所测红光波长为________m.【解析】(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为：光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：E、D、B.(2)单缝与双缝的间距为5cm～10cm使单缝与双缝相互平行．（3）甲图的读数为2.320mm，乙的读数为13.870mmx=16320.2870.13mm=2.310mm（4）由dlx得xld求出可310.2700.0100.24mm=6.610-7m【答案】（1）E、D、B（2）单缝与双缝的间距为5cm～10cm使单缝与双缝相互平行．（3）2.32013.8702.310（4）xld6.610-7新课标检测1．关于光的干涉现象，下列说法正确的是()A．在双缝干涉现象里，亮条纹和暗条纹的宽度是不等的B．在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定2.在双缝干涉实验中，以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（）A.增大单缝和双缝之间的距离B.增大双缝和光屏之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片D.增大双缝之间的距离3．如图所示双缝干涉实验中产生的条纹图样，甲图为用绿光进行实验的图样，a为中央亮条纹。乙图为换用另一种单色光进行实验的图样，a′为中央亮条纹，则以下说法中正确的是()A．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短4．如图所示，用单色光做双缝干涉实验，S1和S2为双狭缝，O为光屏上的中央亮纹，P处为O点上方的第二亮纹。现改用频率较高的单色光重做实验，其他条件不变，则中央亮纹上方第二条亮纹的位置()、A．仍在P点处B．在P点上方C．在P点下方D．必须要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹5．如图所示是研究光的双缝干涉的示意图。不透光的挡板上有两条平行狭缝S1、S2，用单色红光照射双缝，由S1和S2发出的红光到达屏上时会产生干涉条纹，则下列说法正确的是()A．若只减小两条狭缝S1、S2之间的距离，条纹间距将增大B．若只减小两条狭缝与屏之间的距离，条纹间距将增大C．若只在两条狭缝与屏之间插入一块与屏平行的平板玻璃砖，条纹间距将增大D．若只把用红光照射改用绿光照射，条纹间距将增大6．用单色光照射双缝，双缝间距等于0.06cm，缝到屏的距离为1.5m，若测得屏上7条亮条纹之间相距9.0mm，则此单色光的波长是多少？7．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：(1)实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，现准备了下列仪器：A.光源，B.双缝片，C.单缝片，D.滤光片，E.毛玻璃(其中双缝片和光屏连在遮光筒上)。把以上仪器安装在光具座上时，正确的排列顺序是A____________________（A已排好）。(2)关于本实验，正确的说法是()A．实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行B．观察到的白光和干涉图样是：在视场中可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧C．看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的间距比绿条纹的间距大D．测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数8．(1)某同学设计了一个测定激光波长的实验装置如图所示，激光器发出一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮线．这个现象说明激光具有________性．(2)某同学在做“用双缝干涉测光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时如图甲所示，游标卡尺的示数如图丙所示；第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心线时如图乙所示，游标卡尺的读数如图丁所示．已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图丙中游标卡尺的示数为________mm，图丁中游标卡尺的示数为________mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是________________，所测光波的波长为________m．(保留两位有效数字)课时训练1．用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是()A．相邻干涉条纹之间的距离相等B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距2．用包括有红光、绿色、紫光三种色光的复合光做光的干涉实验，所产生的干涉条纹中，离中央亮纹最远的干涉条纹是()A．紫色条纹B．绿色条纹C．红色条纹D．都一样近3．分别以红光和紫光先后用同一装置进行双缝干涉实验，在屏上得到相邻条纹间的距离分别为Δx1和Δx2，则()A．Δx1Δx2B．Δx1Δx2C．若双缝间距d减小，而其他条件保持不变，则Δx1增大D．若双缝间距d减小，而其他条件保持不变，则Δx1不变4．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，正确的说法是()A．实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行B．观察到的白光和干涉图样是：在视场中可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧C．看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的间距比绿条纹的间距大D．测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数5．如图所示是光的双缝干涉的示意图,下列说法中正确的是()①单缝S的作用是为了增加光的强度.②双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源.③当S1、S2发出两列光波到P点的路程差为光的波长λ的1.5倍时,产生第二条暗条纹.④当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为长λ时,产生中央亮条纹.A.①B.①②C.②④D.②③6．双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是：①O点是红光的亮条纹；②红光的第一条亮条纹在P点的上方；③O点不是蓝光的亮条纹；④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方。其中正确的是A.只有①②正确B.只有①④正确C.只有②③正确D.只有③④正确7.在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上无任何光亮8.用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d＝0.1mm，双缝到屏的距离l＝6.0m，测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出