(完整版)实验：用双缝干涉测量光的波长

实验二十三 用双缝干涉测光的波长（一）实验目的1.观察双缝干涉的干涉图样。

2.测定单色光的波长。

（二）实验原理1.光源发出的复色光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝时，单缝相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹，若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹。

2.根据x ld ∆=λ可以计算出单色光的波长。

公式中d 为双缝间距离，Δx 为相邻两条亮（或暗）纹间的距离，l 为双缝到屏之间的距离，实验中d 一般是已知的，所以测出l ，Δx 即可测出光的波长。

3.Δx 由测量头测出。

测量头由划分板、目镜、手轮等构成。

如图1所示。

转动手轮，分划板会左、右移动。

测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图2所示），记下此时手轮上的读数a 1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时，记下手轮上的刻度数a 2，两次读数之差就是这两条条纹间的距离。

即21a a x -=∆。

Δx 很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n 条明（暗）条纹间的距离a ，再推算出相邻两条明（暗）条纹间的距离。

Δx =a /(n -1)。

（三）实验器材 双缝干涉实验仪、光具座及附件、学生电源、导线、刻度尺。

（四）实验步骤1.观察双缝干涉图样（1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。

如图3所示。

图1图2（2）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。

（3）调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。

（4）安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约5cm ～10cm ，这时，可观察白光的干涉条纹。

（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

2.测定单色光的波长（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。

（2）使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a 1，将这条亮纹记作“1”；转动手轮，使分划板中心刻线移动至条纹n 的中央时，记下此时手轮上的读数a 2，则相邻两亮条纹间距112--=n a a x ∆。

实验十八用双缝干涉实验测量光的波长一、实验目的1．观察白光和单色光的双缝干涉图样。

2．测定单色光的波长。

二、实验原理与器材1．实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx 与双缝间的距离d 、双缝到屏的距离l 、单色光的波长λ之间满足λ＝dl Δx 。

2．实验器材双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。

三、实验步骤与操作1．观察干涉条纹(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。

学生用书第312页(2)接好电源，打开开关，使灯丝正常发光。

(3)调节各器件的高度，使光源发出的光能沿遮光筒的轴线到达光屏。

(4)安装双缝和单缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10cm ，这时，可观察白光的干涉条纹。

(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

2．测定单色光的波长(1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。

(2)使分划板中心线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a 1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a 2，将该条亮条纹记为第n 条亮条纹，则相邻两亮条纹间距Δx ＝|a 2－a 1n －1|。

(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l (d 是已知的)。

(4)重复测量、计算，求出波长的平均值。

四、实验数据处理1．条纹间距Δx ＝|a 2－a 1n －1|。

2．波长λ＝dlΔx 。

3．计算多组数据，求λ的平均值。

五、注意事项1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养。

2．安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当。

3．光源最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。

4．照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行，故应正确调节。

用双缝干涉测光的波长知识元用双缝干涉测光的波长知识讲解一、实验目的观察干涉图样，测定光的波长．二、实验原理双缝干涉中相邻两条明（暗）条纹间的距离△x与波长λ、双缝间距离d及双缝到屏的距离L 满足△x=λ．因此，只要测出△x、d和L，即可求出波长λ．三、实验器材双缝干涉仪（包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头）、刻度尺．四、实验步骤1．观察双缝干涉图样①将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．④安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距5～10cm．⑤观察白光的干涉条纹．⑥在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．2．测定单色光的波长（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．（2）使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动，记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之差即n条亮纹的间距．（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离l（d是已知的）．（4）重复测量、计算，求出波长的平均值．（5）换用不同滤光片，重复实验测量其他单色光的波长．五、注意事项1．安装器材时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直．2．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．3．调节的基本依据是：照在屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头、遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰的主要原因是单缝与双缝不平行．4．光波波长很短，△x、l的测量对波长λ的影响很大，l用毫米刻度尺测量，△x利用测量头测量．可测多条亮纹间距再求△x，采用多次测量求λ的平均值法，可减小误差．例题精讲用双缝干涉测光的波长例1.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将所用器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。

4.3试验：用双缝干预测量光的波长 一、试验原理 (1)二、试验器材 (1)三、试验步骤 (2)四、数据处理 (2)五、误差分析 (2)六、考前须知 (2)【稳固练习】 (4)一、试验原理如图1所示，两缝之间的距离为d ，每个狭缝都很窄，宽度可以忽视．图1两缝S 1、S 2的连线的中垂线与屏的交点为P 0，双缝到屏的距离OP 0＝l .那么相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx ＝l dλ. 假设双缝间距，再测出双缝到屏的距离l 和条纹间距Δx ，就可以求得光波的波长．二、试验器材双缝干预仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头．另外，还有同学电源、导线、刻度尺等．学习名目学问把握三、试验步骤1．将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示．图22．接好光源，翻开开关，使灯丝正常发光．3．调整各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观看白光的干预条纹．5．在单缝和光源间放上滤光片，观看单色光的干预条纹．四、数据处理1．安装测量头，调整至可清楚观看到干预条纹．2．使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，登记手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，登记此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，两条纹间距为a＝|a2－a1|，那么相邻两条亮条纹间的距离Δx＝|a2－a1|n－1＝an－1.3．用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是的)．4．重复测量、计算，求出波长的平均值．五、误差分析1．光波的波长很小，Δx、l的测量误差对波长λ的影响很大．2．在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采纳“累积法〞．3．屡次测量求平均值．六、考前须知1．双缝干预仪是比拟精密的仪器，应轻拿轻放，不要任凭拆解遮光筒、测量头等元件．2．滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去．3．安装时，留意调整光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约为5～10 cm.4．测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心.[例题1]〔2023•天河区校级三模〕在利用“双缝干预测定光的波长〞试验中，双缝间距为d，双缝到光屏间的距离为L ，在调好试验装置后，用某种单色光照耀双缝得到干预条纹，当分划板在图中B 位置时，对应游标卡尺读数如图，那么：〔1〕分划板在图中B 位置时游标卡尺读数x B ＝mm ；〔2〕假设分划板在图中A 位置时游标卡尺读数为x A 〔x A ＜x B 〕，那么该单色光的波长的表达式为λ＝(x B −x A )d 6L 〔用x A 、x B 及题中所给字母及必要的数字表示〕；〔3〕假设用频率更高的单色光照耀，同时增大双缝间的距离，那么条纹间距 变窄 〔填“变宽〞或“变窄〞或“不变〞〕。

实验十六用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头)1.实验原理如图1所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝ldλ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.图1两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图2所示.图22.实验器材双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺.3.实验步骤(1)观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示.图3②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏.④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.(2)测定单色光的波长①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图4所示，记下手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n 条亮条纹，测出n 条亮条纹间的距离a ，则相邻两亮条纹间距Δx ＝a n －1.图4 ③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l (d 是已知的).④重复测量、计算，求出波长的平均值.1.数据处理(1)条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第1条亮条纹中央时读数为a 1，在第n 条亮条纹中央时读数为a n ，则Δx ＝a n －a 1n －1. (2)根据条纹间距与波长的关系Δx ＝l d λ得λ＝d lΔx ，其中d 为双缝间距，l 为双缝到光屏的距离. (3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值.2.注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离.(4)不要直接测Δx ，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx ，这样可以减小误差.(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层.3.误差分析(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差.(2)测条纹间距Δx带来的误差：①干涉条纹没有调整到最清晰的程度.②误认为Δx为亮条纹的宽度.③分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心.④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清.命题点一教材原型实验例1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，要把它们放在如图5甲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.甲图5(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最佳顺序应为C、________、A.(2)本实验的步骤有：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)测量数条亮条纹间的距离.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条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示.然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为______ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为______ mm.(4)已知双缝间距d 为2.0×10－4 m ，测得双缝到屏的距离l 为0.700 m ，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ nm.答案 (1)E 、D 、B (2)见解析 (3)13.870 2.310 (4)d l Δx 6.6×102 解析 (1)通过滤光片获得单色光，通过单缝获得线光源，通过双缝获得相干光，故最佳顺序为E 、D 、B .(2)单缝和双缝间距为5～10 cm ，使单缝与双缝相互平行.(3)题图丙中固定刻度读数为13.5 mm ，可动刻度读数为37.0×0.01 mm.二者相加为13.870 mm ，图乙中的读数为2.320 mm ，所以Δx ＝13.870－2.3206－1mm ＝2.310 mm. (4)根据Δx ＝l d λ，得λ＝d lΔx ，代入数据得λ＝6.6×102 nm. 变式1 (多选)(2017·全国卷Ⅱ·34(1))在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( )A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动答案 ACD解析 根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx ＝l dλ 可知，要使Δx 增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A 、C 、D 正确，B 、E 错误.变式2 用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d 的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图6丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x 1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x 2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长.(结果保留两位有效数字)图6答案 8.0×10－7 m解析 根据条纹间距公式Δx ＝l d λ可知，波长λ＝d l Δx ，代入题目提供的数据就可求解，由题图丁可直接读出d ＝0.25 mm ＝0.000 25 m ，双缝到屏的距离由题图丙读出l ＝74.90 cm ＝0.749 0 m.由题图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离Δx ＝14.700－0.3006mm ＝2.400 mm ＝0.002 400 m. 将以上数据代入得λ＝d Δx l ＝0.000 25×0.002 4000.749 0m ≈8.0×10－7 m. 命题点二 实验拓展与创新例2 (2015·全国卷Ⅰ·34(1))在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx 1与绿光的干涉条纹间距Δx 2相比，Δx 1____Δx 2(填“＞”“＝”或“＜”).若实验中红光的波长为630 nm ，双缝与屏幕的距离为1.00 m ，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm ，则双缝之间的距离为________ mm. 答案 ＞ 0.3解析 双缝干涉条纹间距Δx ＝l dλ，红光波长较长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx 1＞Δx 2.相邻条纹间距Δx ＝10.5 mm 5＝2.1 mm ＝2.1×10－3 m ，根据Δx ＝l d λ可得d ＝lλΔx＝0.3 mm. 变式3 1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验).图7(1)洛埃镜实验的基本装置如图7所示，S 为单色光源，M 为平面镜，试用平面镜成像作图法画出S 经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域.(2)设光源S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a 和L ，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离Δx 的表达式.答案 见解析解析 (1)如图所示(2)Δx ＝L d λ，因为d ＝2a ，故Δx ＝L 2a λ.。