實驗十九用雙縫干涉實驗測量光的波長第十三章光學

學習目標目

錄CONTENTS夯實必備知識01研透核心考點02提升素養(yǎng)能力03夯實必備知識1實驗原理實驗操作注意事項如圖甲所示，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滿足關系式Δxλ，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ。甲1.安裝儀器(如圖乙)

乙(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，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.觀察與記錄(1)調(diào)單縫與雙縫間距為5~10

cm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，當分劃板中心刻線與第n條亮條紋中心對齊時，記下手輪上的刻度數(shù)a2，則相鄰兩亮條紋間的距離Δx。(4)換用不同的濾光片，測量其他色光的波長。1.調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的光束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算得到Δx，這樣可以減小誤差。數(shù)據(jù)處理1.條紋間距:Δx。2.波長:λΔx。3.測量多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值。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讀數(shù)不準確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。研透核心考點2考點二創(chuàng)新拓展實驗考點一教材原型實驗考點一教材原型實驗例1

(2025·湖南常德模擬)某同學利用如圖甲所示裝置測量某種單色光波長。實驗時，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?；卮鹣铝袉栴}:(1)關于本實驗，下列說法正確的是

。

A.若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致B.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在A和B之間C.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在凸透鏡和A之間D.若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，可以換用間距更小的雙縫

(2)某次測量時，選用的雙縫間距為0.4mm，測得屏與雙縫間的距離為0.5m，用某種單色光實驗得到的干涉條紋如圖乙所示，分劃板在圖中M、N位置時游標卡尺的讀數(shù)如圖丙所示，則M位置對應的讀數(shù)為

mm。N位置對應的讀數(shù)為15.6mm，則所測單色光的波長約為

nm(結(jié)果保留整數(shù)部分)。

(3)若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，如圖丁所示，在這種情況測量相鄰兩亮條紋間距Δx，則波長λ的測量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值。

跟蹤訓練 (2025·八省聯(lián)考云南卷，11)某同學通過雙縫干涉實驗測量發(fā)光二極管(LED)發(fā)出光的波長。圖甲為實驗裝置示意圖，雙縫間距d＝0.450mm，雙縫到毛玻璃的距離l＝365.0mm，實驗中觀察到的干涉條紋如圖乙所示。

考點二創(chuàng)新拓展實驗例2

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，這和雙縫干涉實驗得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個縫，

相當于另一個“縫”。

解析

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，S'相當于另一個“縫”。答案

S'(2)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個亮條紋中心到第12個亮條紋中心的間距為22.78mm，則該單色光的波長λ＝

m(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。

(3)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮條紋之間的距離

。

A.將平面鏡稍向上移動一些 B.將平面鏡稍向右移動一些C.將光屏稍向右移動一些 D.將光源由紅色光改為綠色光

提升素養(yǎng)能力31.(多選)(2024·江西卷，9)某同學用普通光源進行雙縫干涉測光的波長實驗。下列說法正確的是(

) A.光具座上依次擺放光源、透鏡、濾光片、雙縫、單縫、遮光筒、測量頭等

元件 B.透鏡的作用是使光更集中 C.單縫的作用是獲得線光源 D.雙縫間距越小，測量頭中觀察到的條紋數(shù)目越多BC

2.[2024·河北卷，11(1)]某同學通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長，實驗裝置如圖甲所示，其中測量頭包括毛玻璃、游標尺、分劃板、手輪、目鏡等。

該同學調(diào)整好實驗裝置后，分別用紅色、綠色濾光片，對干涉條紋進行測量，并記錄第一條和第六條亮紋中心位置對應的游標尺讀數(shù)，如表所示:單色光類別x1/mmx6/mm單色光110.6018.64單色光28.4418.08根據(jù)表中數(shù)據(jù)，判斷單色光1為

(選填“紅光”或“綠光”)。

3.圖甲為雙縫干涉的實驗裝置，光源發(fā)出的光經(jīng)過A、B、C裝置后，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋。如圖乙所示，屏上P、P1、P2處出現(xiàn)亮條紋，Q1、Q2處出現(xiàn)暗條紋，P到S1、S2的距離相等。(1)圖甲中A、B、C三個元件的名稱空缺，根據(jù)實驗原理，它們的名稱依次為

、

、

。

(2)若遮光筒內(nèi)裝滿水，其他條件不變，則光屏上

。

A.不再出現(xiàn)明暗相間的條紋B.P處可能出現(xiàn)暗條紋C.P1處一定為亮條紋D.明暗相間的條紋間距變小

5.(2024·重慶高三月考)如圖所示，用雙縫干涉實驗裝置來測量光的波長。(1)實驗前，應調(diào)節(jié)光具座上放置的各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上，并保證單縫和雙縫

(填“平行”或者“垂直”)。

(2)若從目鏡中看到干涉條紋太密，要想減少從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，需將毛玻璃屏向

(填“靠近”或“遠離”)雙縫的方向移動。

(3)轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對準第1條亮紋，讀出手輪的讀數(shù)如圖甲所示，x1＝0.045mm。繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線對準第10條亮紋，讀出手輪的讀數(shù)如圖乙所示，則相鄰兩亮條紋的間距是

mm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(4)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，用這種情況下測量得到的干涉條紋的間距Δx計算，則光的波長測量值

(填“大于”“小于”或“等于”)實際值。

答案

(1)平行(2)遠離(3)1.61

(4)大于解析

(1)實驗前，應調(diào)節(jié)光具座上放置的各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上，并保證單縫和雙縫平行。

6.某同學利用圖甲所示裝置測量某種單色光的波長，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。回答下列問題:(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學可以

。

A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向遠離雙縫的方向移動C.使用間隙更大的單縫D.使用間距更大的雙縫(2)在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1

(選填“>”“＝”或“<”)Δx2。

(3)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50個刻度。某同學調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖乙所示，圖中的數(shù)字是該同學給各暗條紋的編號，此時游標卡尺如圖丙所示，讀數(shù)為x1＝1.16mm;接著再轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丁所示，此時游標卡尺如圖戊所示，讀數(shù)為x2＝

mm。

(4)利用第(3)問測量結(jié)果，已知雙縫與屏的距離為l＝700mm，雙縫間距為d＝0.2mm，計算波長的公式λ