實(shí)驗(yàn)十九用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量光的波長學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握由Δx=ldλ測光的波長的原理,并能測單色光波長。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實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)如圖所示,相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長λ,雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l滿足關(guān)系式Δx=ldλ,因此,只要測出Δx、d、l即可測出波長λ1.安裝調(diào)整儀器(如圖)(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。(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。(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.測量記錄數(shù)據(jù)(1)調(diào)單縫與雙縫間距為5~10cm時(shí),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(dòng)手輪,使分劃板向一側(cè)移動(dòng),當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時(shí),記下手輪上的刻度數(shù)a2,則相鄰兩亮條紋間的距離Δx=|a(4)換用不同的濾光片,測量其他色光的波長。1.調(diào)節(jié)雙縫干涉儀,保證光源、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒共軸,則光源發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。2.保持單縫和雙縫平行,中心位于遮光筒的軸線上。3.調(diào)節(jié)測量頭時(shí),應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對齊。4.不要直接測Δx,要測多條亮條紋的間距再計(jì)算平均值得到Δx,可以減小誤差。數(shù)據(jù)處理1.條紋間距:Δx=an-a1n-1。2.波長:λ=dlΔx。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(diào)整到最清晰的程度。(2)誤認(rèn)為Δx為亮(暗)條紋的寬度。(3)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。(4)測量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確,此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清?？键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1利用圖甲所示裝置測量某種單色光的波長。實(shí)驗(yàn)時(shí),接通電源使光源正常發(fā)光;調(diào)整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。(1)實(shí)驗(yàn)前打開光源,調(diào)節(jié)光源的高度和角度,使它發(fā)出的光束沿著遮光筒的軸線把屏照亮;然后光具座上先放置b和c,再放置a,就可以觀察到單色光的雙縫干涉圖樣(均選填“雙縫”“單縫”或“濾光片”)。

(2)如圖乙所示,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)目鏡中干涉條紋與分劃板中心刻線始終有一定的角度,下列哪個(gè)操作可以使得分劃板中心刻線與干涉條紋平行。

A.僅撥動(dòng)撥桿B.僅旋轉(zhuǎn)單縫C.僅前后移動(dòng)凸透鏡D.僅旋轉(zhuǎn)毛玻璃處的測量頭(3)實(shí)驗(yàn)中已知雙縫間的距離d=0.4mm,雙縫到光屏的距離L=1.6m,某種單色光照射雙縫時(shí),用測量頭測量條紋間的寬度:先將測量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋中心對齊,將該亮條紋定為第1條亮條紋,此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖丙所示為mm;然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊,此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖丁所示為mm,則這種單色光的波長為m(最后一空結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(4)上述實(shí)驗(yàn)中,若僅將紅色濾光片更換為藍(lán)色濾光片,則相鄰亮條紋中心間距(選填“增大”“減小”或“不變”)。

例2(2025·遼寧大連模擬)在“用雙縫干涉測光的波長”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源,對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后,總結(jié)出以下幾點(diǎn),下列說法中正確的是。

A.干涉條紋與雙縫垂直B.單縫和雙縫應(yīng)相互平行放置C.若取下濾光片,光屏上可觀察到白光的干涉圖樣D.想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù),可以將單縫向雙縫靠近(2)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(shí)手輪上螺旋測微器示數(shù)如圖乙所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)圖丙中手輪上的示數(shù)為mm。

(3)已知雙縫間距d為2.0×10-4m,測得雙縫到屏的距離l為0.600m,求所測量光的波長為m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)例3洛埃德在1834年提出了一種更簡單的觀察干涉的裝置。如圖所示,單色光從單縫S射出,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(shí)驗(yàn)得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個(gè)縫,相當(dāng)于另一個(gè)“縫”。

(2)實(shí)驗(yàn)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(gè)亮條紋中心到第12個(gè)亮條紋中心的間距為22.78mm,則該單色光的波長λ=