實驗十四用雙縫干涉測光的波長第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六

【實驗原理】

單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮（暗）紋間隔Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長λ

之間滿足λ=d·Δx/l.

附：測量頭的構(gòu)造及使用圖1第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六如圖1（甲）所示，測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動手輪，分劃板會向左右移動，測量時，應(yīng)使分劃板中心刻度對齊條紋的中心，如圖1（乙），記下此時手輪上的讀數(shù).兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離.實際測量時，測出要數(shù)n條明紋（暗紋）的寬度，設(shè)為a，那么第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六【實驗步驟】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，如圖2所示.

（2）接好光源，打開開關(guān)，使白熾燈正常發(fā)光.調(diào)節(jié)各部件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏.圖2（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.第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六2.觀察與記錄（1）調(diào)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(diào)節(jié)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(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板向一側(cè)移動，當(dāng)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(shù)a2,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.第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六【數(shù)據(jù)處理】

用刻度尺測量出雙縫到光屏間的距離l,由公式計算波長.重復(fù)測量、計算，求出波長的平均值.【誤差分析】

測定單色光的波長，其誤差主要由測量引起，條紋間距Δx測量不準(zhǔn)，或雙縫到屏的距離測不準(zhǔn)都會引起誤差，但都屬于偶然誤差，可采用多次測量取平均值的方法來減小誤差.第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六【注意事項】1.調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮.2.放置單縫和雙縫時，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上.3.調(diào)節(jié)測量頭時，應(yīng)使分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，記清此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動測量第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六頭，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條紋間的距離.4.不要直接測Δx，要測幾個條紋的間距計算得

Δx，這樣可以減小誤差.5.白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層.第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六典例剖析【例1

】

某同學(xué)在做雙縫干涉實驗時，按圖安裝好實驗裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于（）A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致，相差較大B.沒有安裝濾光片C.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六解析

安裝實驗器件時要注意使光束的中央軸線與遮光筒的軸線重合，光源與光屏正面相對，濾光片、單縫和雙縫要在同一高度，中心位置在遮光筒軸線上，單縫與雙縫要相互平行,還要使光源發(fā)出的光束不要太暗，才能使實驗成功.答案

AC第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六【例2

】如圖3所示是雙縫干涉測光的波長的實驗設(shè)備示意圖.(1)圖中①是光源，⑤是光屏，它們之間的②③④依次是

、

是

.(2)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離（）圖3第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六A.增大③和④之間的距離B.增大④和⑤之間的距離C.將紅色濾光片改為綠色濾光片D.增大雙縫之間的距離（3）在某次實驗中，已知雙縫到光屏之間的距離是600mm，雙縫之間的距離是0.20mm，單縫到雙縫之間的距離是100mm，某同學(xué)在用測量頭測量時，先將測量頭目鏡中看到的分劃板中心刻線對準(zhǔn)某條亮紋（記作第1條）的中心，這時手輪上的示數(shù)如圖4甲所示，然后他轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第7條亮紋的中心，這時手輪第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六上的示數(shù)如圖4乙所示.這兩次示數(shù)依次為

mm和

mm，由此可以計算出這次實驗中所測得的單色光的波長為

nm.解析（1）在用光的干涉測波長的實驗中，光具座上從左向右依次是光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏和測量頭.圖4第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六（2）由可知，當(dāng)增大雙縫到光屏間的距離l或減小雙縫之間的距離d或增大光的波長λ時，光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離將增大.故選項B正確.（3）亮條紋在讀數(shù)時由螺旋測微器原理知圖甲讀數(shù)為0.641mm，圖乙讀數(shù)為10.293mm.由

答案（1）濾光片單縫雙縫（2）B（3）0.64110.293536第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六【例3

】在利用雙縫干涉測定光波波長時，首先調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫和雙縫的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直并且互相平行，當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測量頭上的游標(biāo)卡尺去測量，轉(zhuǎn)動手輪，移動分劃板使分劃中心刻線與某條明紋中心齊時（如圖實4A所示）將此明紋記為1，然后再轉(zhuǎn)動手輪，分劃板中心刻線向右移動，依次經(jīng)過2、

3……明紋，最終與明紋6中心對齊，分劃板中心刻線與明紋1和明紋6對齊時游標(biāo)卡尺示數(shù)分第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六別如圖5中B、C所示（游標(biāo)卡尺為10分度），則圖B對應(yīng)的讀數(shù)為

m，圖C對應(yīng)的讀數(shù)為

m.用刻度尺量得雙縫到屏的距離為60.00cm，由雙縫上標(biāo)示獲知雙縫間距為0.2mm，則發(fā)生干涉的光波波長為

m.在實驗中，若經(jīng)粗調(diào)后透過測量頭上的目鏡觀圖5第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六察，看不到明暗相間的條紋，只看到一片亮區(qū)，造成這種情況的最可能的原因是

.解析

圖B對應(yīng)讀數(shù)為1.94×10-2

m圖C對應(yīng)讀數(shù)為2.84×10-2

m根據(jù)公式=6.00×10-7

m若粗調(diào)后看不到干涉條紋，只看到一片亮區(qū)，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行.答案

1.94×10-22.84×10-26.00×10-7單縫與雙縫不平行第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六素能提升1.如圖6所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為①光源、②

、③

、④

、⑤遮光筒、⑥光屏.對于某種單色光，為增加相鄰亮紋（暗紋）間的距離，可采取

或

的方法.圖6第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六解析

做該實驗時用單色光，應(yīng)特別注意，②是濾光片，其他依次是單縫屏、雙縫屏、遮光筒和毛玻璃屏.由條紋間距公式可知，要增大相鄰條紋間距，應(yīng)該增大雙縫屏到光屏的距離或者減小兩縫間距離.答案

波光片單縫屏雙縫屏增大雙縫屏到光屏的距離減小雙縫屏兩縫距離第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六2.現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在圖7所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長.

（1）將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、

、A.圖7第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六（2）本實驗的步驟有：①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；③用米尺測量雙縫到屏的距離；④用測量頭（其讀數(shù)方法同螺旋測微器）測量數(shù)條亮紋間的距離.在操作步驟②時還應(yīng)注意和

.第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六（3）將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖8甲所示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖8乙中手輪上的示數(shù)

mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為

mm.圖8第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六（4）已知雙縫間距d為2.0×10-4

m,測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ=

,求得所測紅光波長為

nm.解析

（1）濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏.所以排列順序為：C、E、D、B、A.（2）在操作步驟②時應(yīng)注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫間距離大約為5～10cm；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上.第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六（3）螺旋測微器的讀數(shù)：應(yīng)該先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度，圖乙讀數(shù)為13.870mm，圖甲讀數(shù)為2.320mm，所以相鄰條紋間距（4）由條紋間距離公式得：代入數(shù)值得：λ=6.6×10-7

m=6.6×102

nm.答案

（1）E、D、B(2)放置單縫、雙縫時，必須使縫平行單縫、雙縫間距離大約為5～10cm(3)13．870

2．310(4)

6．6×102第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六3.某同學(xué)設(shè)計了一個測定激光的波長的實驗裝置，如圖9甲所示，激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進入一個一端裝雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點，圖乙中的黑點代表亮點的中心位置.圖9第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六（1）通過量出相鄰光點的距離可算出激光的波長.據(jù)資料介紹：若雙縫的縫間距離為d，雙縫到感光片的距離為L，感光片上相鄰兩光點間的距離為b，則光的波長該同學(xué)測得L=1.0000m，縫間距d=0.220mm，用帶十分度游標(biāo)的卡尺測感光片上的點的距離時，尺與點的中心位置如圖乙所示.圖乙中第1個到第4個光點的距離是

mm.實驗中激光的波長λ=

m.（保留兩位有效數(shù)字）（2）如果實驗時將紅激光換成藍(lán)激光，屏上相鄰兩光點間的距離將

.第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六解析（2）將紅激光換成藍(lán)激光，λ減小，由

b將減小.答案

（1）8.56.2×10-7（2）減小第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六4.利用圖10中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時,有下面幾種說法:A.將屏移近雙縫,干涉條紋間距變窄

B.將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的,干涉條紋間距變寬

C.將單縫向雙縫移動一小段距離后,干涉條紋間距變寬

D.換一個兩縫之間距離較大的雙縫,干涉條紋間距變窄

E.去掉濾光片后,干涉現(xiàn)象消失圖10第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六其中正確的是

.解析

由條紋間距公式d指雙縫間距離,l是雙縫到屏的距離,可知:A項中l(wèi)減小,Δx變小;B項中λ變大,Δx變大;D項中d變大,Δx變小.故A、B、D正確.答案

ABD第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六5