第十三章光與電磁波實驗十八用雙縫干涉測量光的波長目錄CONTENT立足“四層”·夯基礎(chǔ)著眼“四翼”·探考點(diǎn)0201Part01立足“四層”·夯基礎(chǔ)?一、實驗?zāi)康?.了解光產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件。2.觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。3.掌握用測量頭測量條紋間距的方法。4.測量單色光的波長。

三、實驗器材雙縫干涉儀（光具座、單縫片、雙縫片、濾光片、遮光筒、光屏、光源、測量頭）、電源、導(dǎo)線、刻度尺。四、實驗過程1.安裝雙縫干涉儀（1）先將光源（線狀光源）、遮光筒、光屏依次放于光具座上，如圖所示，調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的一束光沿著遮光筒的軸線把屏照亮。（2）將單縫和雙縫安裝在光具座上，在遮光筒有光屏的一端安裝測量頭，如圖所示。①光源、單縫、雙縫三者的中心位于遮光筒的軸線上。②雙縫與單縫平行。③調(diào)整分劃板位置，使分劃板中心刻線位于光屏中央。2.觀察雙縫干涉圖樣（1）調(diào)節(jié)單縫的位置，使單縫和雙縫間距離保持在5～10cm，使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時通過測量頭上的目鏡觀察干涉條紋，若干涉條紋不清晰，可通過遮光筒上的調(diào)節(jié)長桿輕輕撥動雙縫，即可使干涉條紋清晰明亮。在屏上就會看到白光的雙縫干涉圖樣。（2）將紅色（或綠色）濾光片套在單縫前面，通過目鏡可看到單色光的雙縫干涉條紋。（3）改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化。3.測量單色光的波長（1）轉(zhuǎn)動測量頭上的手輪，使分劃板中心刻線對齊某一條亮條紋中心，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線對齊另一條亮條紋中心，記下手輪上的讀數(shù)a2。

（4）換用不同顏色的濾光片重復(fù)上述步驟，并求出相應(yīng)的波長。五、誤差分析1.刻度尺和測量頭出現(xiàn)的讀數(shù)誤差對實驗結(jié)果的影響很大；因此采取多測幾條條紋間距和多次測量取平均值的辦法減小誤差。2.單縫、雙縫不是嚴(yán)格相互平行，其中心沒有位于遮光筒的軸線上以及單縫到雙縫的距離不是嚴(yán)格相等造成誤差。應(yīng)盡量把單縫、雙縫調(diào)平行，調(diào)節(jié)單縫到雙縫的距離相等并使它們的中心大致位于遮光筒的軸線上。Part02著眼“四翼”·探考點(diǎn)（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；

?【典例1】

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，要把它們放在如圖1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。解析

（1）為獲取單色線光源，白色光源后面要有濾光片、單縫、雙縫，即E、D、B。答案

（1）E

D

B

（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用測微目鏡（其讀數(shù)方法同螺旋測微器）測量數(shù)條明紋間的距離在操作步驟②時，還應(yīng)注意

?和

?，為了增加屏上相鄰明紋（暗紋）間的距離，可采取

?或

?的方法；

答案

（2）單縫和雙縫間距

單縫與雙縫相互平行

減小雙縫間距離

增大雙縫到屏的距離

（3）將測微目鏡的分劃板中心刻線與某條明紋中心對齊，將該明紋定為第1條明紋，此時手輪上的示數(shù)如圖2所示，然后同方向轉(zhuǎn)動測微目鏡，使分劃板中心刻線與第6條明紋中心對齊，記下此時圖3中手輪上的示數(shù)為

?mm，求得相鄰明紋的間距Δx為

?mm；

答案

（3）13.810

2.290

（4）已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ＝

?，可以求得所測紅光波長為

?nm。

?1.（2023·江蘇省南通市高三第一次模擬）利用如圖所示裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象并測量光的波長，下列說法中正確的有（

）A.實驗裝置中的①②③元件分別為濾光片、單縫、雙縫B.將濾光片由紫色換成紅色，干涉條紋間距變窄C.將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬D.測量過程中誤將5個條紋間距數(shù)成6個，波長測量值偏大

2.（2023·江蘇淮安模擬）用雙縫干涉測量光的波長實驗裝置如圖所示，得到不同色光、不同雙縫的干涉條紋，如圖甲、乙、丙所示。甲、乙為不同單色光通過相同雙縫產(chǎn)生的條紋，乙、丙為同種單色光通過不同雙縫產(chǎn)生的條紋，則（

）A.若單縫和雙縫不平行，毛玻璃上沒有干涉條紋B.在遮光筒中沒有干涉現(xiàn)象發(fā)生C.甲圖單色光波長小于乙圖單色光波長D.乙圖雙縫間距小于丙圖雙縫間距

3.（2023·江蘇海安市實驗中學(xué)高二期中）在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上（如圖1），并選用縫間距為d的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，毛玻璃屏與雙縫屏間的距離為L。接通電源使光源正常工作，發(fā)出白光。（1）組裝儀器時，若將單縫和雙縫均沿豎直方向分別固定在a處和b處，則

?。

A.可觀察到水平方向的干涉條紋B.可觀察到豎直方向的干涉條紋C.看不到干涉現(xiàn)象解析：（1）因為該實驗是雙縫干涉實驗，a是單縫，b是雙縫，單縫是豎直放置，則雙縫也需要豎直放置，觀察到的是豎直方向的干涉條紋。故選B。答案：（1）B

（2）若取下紅色濾光片，其他實驗條件不變，則在目鏡中

?。

A.觀察不到干涉條紋B.可觀察到明暗相向的白條紋C.可觀察到彩色條紋解析：（2）若取下紅色濾光片，白光干涉條紋為彩色的。故選C。答案：（2）C

（3）分劃板刻線在某條明條紋位置時游標(biāo)卡尺如圖2所示，則其讀數(shù)為

?mm。

解析：（3）此游標(biāo)卡尺精度值為0.05

mm，讀數(shù)等于固定刻度讀數(shù)與游標(biāo)尺讀數(shù)之和；故有x＝31

mm＋0.05×17

mm＝31.85

mm。答案：（3）31.85?【典例2】

洛埃德（H.Lloyd）在1834年提出了一種更簡單的觀察干涉的裝置。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是S'。（1）通過洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實驗得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個縫，

?相當(dāng)于另一個“縫”；

解析

（1）根據(jù)圖可知，如果S被視為其中的一個縫，S經(jīng)平面鏡成的像S'相當(dāng)于另一個“縫”。答案

（1）S經(jīng)平面鏡成的像S'

（2）實驗表明，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)界面發(fā)生反射時，在入射角接近90°

時，反射光與入射光相比，相位有π的變化，即半波損失。如果把光屏移動到和平面鏡接觸，接觸點(diǎn)P處是

?（選填“亮條紋”或“暗條紋”）；

解析

（2）根據(jù)題意可知，把光屏移動到和平面鏡接觸，光線經(jīng)過平面鏡反射后將會有半波損失，因此接觸點(diǎn)P處是暗條紋。答案

（2）暗條紋（3）實驗中已知單縫S到平面鏡的垂直距離h＝0.15mm，單縫到光屏的距離D＝1.2m，觀測到第3個亮條紋到第12個亮條紋的中心間距為22.78mm，則該單色光的波長λ＝

?m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

答案

（3）6.33×10－7【典例3】

小沈同學(xué)進(jìn)行“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗。（1）其中部分器材如下：A.白熾燈

B.凸透鏡

C.單縫片D.濾光片 E.測量頭

F.雙縫片將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的順序是（填字母）：A、B、

?、

?、F、E。

解析

（1）根據(jù)“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中儀器的位置可知，從左向右依次為：白熾燈、凸透鏡、濾光片、單縫片、雙縫片、測量頭。將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的順序是：A、B、D、C、F、E。答案

（1）D

C

（2）某次觀察時，透過測量頭觀察到了綠光的干涉條紋，但條紋的亮度很低，為了便于測量，下列方法能夠使條紋亮度增加的是

?。

A.增加光源的功率B.將毛玻璃換成透明玻璃C.換一個面積更大的凸透鏡D.調(diào)節(jié)測量頭的位置解析

（2）為了便于測量，要使條紋亮度增加，即使得單位時間內(nèi)的光子數(shù)目增多，當(dāng)增加光源的功率，導(dǎo)致單位時間內(nèi)的光子數(shù)目增多，故A正確；將毛玻璃換成透明玻璃，不會看到亮條紋，故B錯誤；將凸透鏡換成一個面積更大的凸透鏡，則光的強(qiáng)度的增強(qiáng)，導(dǎo)致亮度增加，故C正確；調(diào)節(jié)測量頭的位置，亮度不變，故D錯誤。答案

（2）AC（3）下列圖示中條紋間距表示正確的是

?。

解析

（3）干涉條紋的寬度是指一個明條紋與一個暗條紋的寬度的和，為兩個相鄰的明條紋（或暗條紋）的中心之間的距離，故圖C正確，圖A、B、D錯誤。答案

（3）C

（4）如圖所示的是小沈同學(xué)參考課本上“用光傳感器做雙縫干涉的實驗”進(jìn)行實驗，圖甲、乙分別對應(yīng)的是第一、二次實驗得到的干涉圖線。比較甲、乙兩圖線可判斷，第一次實驗中的

?。

A.單縫與雙縫的縫距一定較大B.光的強(qiáng)度較小C.光源離雙縫的距離較大D.雙縫離光傳感器的距離可能較小

答案

（4）D?1.（2023·江蘇省昆山中學(xué)模擬）如圖甲所示，為“用雙縫干涉測光的波長”的實驗裝置。（1）如圖乙為撥桿，下列安裝和操作都正確的是

?；

A.撥桿A處丫字叉套在單縫所在處的支柱，手持撥桿的C端，通過左右撥動來調(diào)節(jié)B小孔套住的雙縫B.撥桿B處小孔套在雙縫所在處的支柱，手持撥桿的C端，通過手的左右撥動來調(diào)節(jié)A丫字叉套住的單縫C.撥桿B處小孔套在雙縫所在處的支柱，手持撥桿的C端，通過手的上下?lián)軇觼碚{(diào)節(jié)A丫字叉套住的單縫解析：（1）亮條紋與分劃板中心刻線不平行時，需要左右撥動撥桿調(diào)節(jié)單縫直到使單縫與雙縫相互平行，故A、C錯誤，B正確。答案：（1）B

（2）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學(xué)可

?；

A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向靠近雙縫的方向移動C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動D.使用兩縫之間間距更小的雙縫

答案：（2）B2.如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，將實驗儀器按要求安裝在光具座上，并選用縫間距為d的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離為l。然后，接通電源使光源正常工作。（1）如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖所示。則在這種情況下來測量干涉條紋的間距Δx時，最終波長測量值

?（選填“大于”“小于”或“等于”）實際值。如果想使中心刻線與亮條紋對齊，下列操作中可達(dá)到目的的是

?。

A.僅轉(zhuǎn)動透鏡B.僅轉(zhuǎn)動雙縫C.僅轉(zhuǎn)動手輪D.僅轉(zhuǎn)動測量頭解析：（1）如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，干涉條紋的間距的測量值偏大，所以最終波長測量值大于實際值。發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，若要使兩者對齊，