高中物理人教选修34课件：第十三章 4 实验用双缝干涉测量光的波长

1 13.4 实验：用双缝干涉测量光的波长

1．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图13­4­7甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是(

)

图13­4­7

A．减小光源到单缝的距离

B．减小双缝之间的距离

C．增大双缝到光屏之间的距离

D．换用频率更高的单色光源

E．换用频率更低的单色光源

【答案】 BCE

2．用单色光做双缝干涉实验，在光屏上某点P，从中央O点开始计数，P点恰好为第三条亮纹，现改用波长较短的单色光照射，其他的条件不变，那么不可能的是( )

A．P处仍为第三条亮纹

B．P处可能是第四条亮纹

C．P处可能是第二条亮纹

D．若将光屏向双缝移近一些，在P处可能看到第二条亮纹

E．中央O点仍为亮纹

【答案】 ACD

3．(1)备有下列仪器：

A．白炽灯 B．双缝

C．单缝 D．滤光片 E．白色 光屏

把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是：________(填写字母代号)． 2 (2)已知双缝到光屏之间的距离L＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图13­4­8所示．则入射光的波长λ＝________m(结果保留两位有效数字)．

图13­4­8

(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有________．

A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光

B．增大双缝到屏的距离

C．增大双缝到单缝的距离

D．增大双缝间距

【答案】 (1)ADCBE (2)6.4×10－7 (3)AB

4．如图13­4­9所示，在 “用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②__________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取____________或____________的方法.

1 第十三章 光

4.实验：用双缝干涉测量光的波长

【学习目标】

1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；

2、观察双缝干涉图样；

3、测定单色光的波长。

【重点难点】

1.光的干涉条件的理解

2.干涉条纹间距的测量与计算

【课前预习】

1.如图所示，由几何关系可知光程差rxdl，当两束光的路程差为波长的整数倍时才会出现亮条纹，即亮条纹中心的位置为x(0,1,2)lkkd，则两个相邻亮条纹或暗条纹的中心间距是xld，即条纹宽度与l、d、有关。由以上分析可知：干涉条纹的宽度是指两亮条纹或两暗条纹中心线之间的距离。

2.观察光的干涉图样时要按课本图示安装好，并使光源、单缝和双缝的中点、遮光筒的轴线共线，单缝与双缝要相互平行，由双缝与屏间的距离不变的情况下，双缝的距离d越大，某一单色光的干涉条纹宽度x就越窄；在条件相同的情况下，不同颜色的光的干涉条纹宽度x也就不同。

3.由于双缝间距d是已知的，而双缝到屏的距离l可用米尺来测量，条纹宽度可用测量头测量，则波长dxl，由此即可测量光的波长。

4.测量头实际上是一个螺旋测微器，测量时应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时的读数，然后使分划板的中收刻线与另一亮条纹的中心对齐，记下此时的读数，为减小实验误差可测量n个条纹宽度为a，则两条相邻亮条纹的宽度（条纹宽度）x1an。

【预习检测】

1．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，其他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，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在 2 C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

2．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）

1 杨氏双缝干涉实验报告

一 实验目的：通过杨氏双缝干涉实验求出钠光的波长。

二 实验器材：钠光灯，双缝，延伸架测微目镜，3个二维平移底座，2个升降调节座, 透镜L1,二维架，可调狭缝S，透镜架，透镜L2,双棱镜调节架.

三 实验原理：波在某点的强度是波在该点所引起的振动的强度，因此正比于振幅的平方。如果两波在P点引起的振动方向沿着同一直线。那么，根据△φ=2π/λδ=2π/（r2-r1）=k（r2-r1）k为波数。则对应2πj即r2-r1=2jλ/2(j=0,±1,±2…)（1—14）差按等于λ/2的整数倍，两波叠加后的强度为最大值，而对应于△φ=(2j+1) λ\2(j=0,±1,±2…)

（1—15）式那些点，光程差等于λ/2的奇数倍，称为干涉相消。如果两波从s1,s2向一切方向传播，则强度相同的空间各点的几何位置。满足 r2-r1=常量， r2-r1≈s2s1=d满足下列条件的各点，光强为最大值r2-r1≈ d=jλ考虑到r<

r0λ/ d

四 实验步骤:1使钠光通过透镜L1汇聚到狭缝上,用透镜L2将S成像于测微目镜分划板M上,然后将双缝D置于L2近旁.在调节好S,D和M的刻线平行,并适当调窄S之后,目镜视场出现便于观察的杨氏条纹.

2 用测微目镜测量干涉条纹的间距△x,用米尺测量双缝的间距d,根据△x=roλ/ d计算钠光的波长.

五 实验数据记录与处理:

干涉条纹位置

X1（mm）左 干涉条纹位置

X2(mm)右 干涉条纹间距△x(mm)

△x=X2-x1／n(mm)

4+9.8×0.01 4+63.0×0.01 0.266

5+6.0×0.01 5+31.9×0.01 0.259

干涉条纹位置

X1（mm）左 干涉条纹位置

X2(mm)右 干涉条纹间距△x(mm)

△x=X2-x1／n(mm)

4+26.3×0.01 4+50.6×0.01 0.243

3+26.2×0.01 3+75.1×0.01 0.2445

第13章 第4节

基础夯实

1．做“双缝干涉测光的波长”实验时，一同学在光屏上隐约看到亮光，根本无法看见明暗相间的条纹，其原因可能是( )

A．光源的高度不合适

B．没有放入滤光片

C．单缝和双缝不平行

D．单缝和双缝的前后位置放反了

答案：ACD

2．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．如果将入射的绿光换成红光或蓝光，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

答案：A

解析：O点到两缝的距离相等，故不论换用红光还是蓝光，O点均为亮条纹，所以①正确，③错误；由Δx＝ldλ可知，红光的波长比绿光的大，条纹间距也比绿光大，因此，红光的第一条亮条纹在P点的上方；②正确；同理，蓝光的波长比绿光的小，蓝光的第一条亮条纹在P点的下方，④错误；综上所述，只有A正确．

3．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的( )

A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏

B．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏

C．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏

D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏

对于某种单色光，为增加相邻亮纹(或暗纹)之间的距离，可采用的方法是(任写一种方法)________．

答案：C 增加双缝到屏的距离或减小双缝间距

解析：a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片、单缝、双缝、光屏，故C正确；由Δx＝Ldλ可知，要增加相邻亮纹(或暗纹)的距离，可以增加双缝到屏的距离，也可以减小双缝间距．