备考2024届高考物理一轮复习讲义第十四章光学实验十八用双缝干涉实验测量光的波长

实验十八　用双缝干涉实验测量光的波长新高考光学作为必考后，光的干涉实验开始作为选择题出现，2023年中江苏T6也考查了该实验，实验一般只有2个题，因此在实验中会轮流考查，也可能在选择题中考查.预计2025年高考中，选择题和实验题均有可能考查.1.实验目的（1）了解光产生稳定干涉现象的条件；（2）观察白光及单色光的双缝干涉图样；（3）掌握用测量头测量条纹间距的方法；（4）测量单色光的波长.2.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）条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝[1]　dlΔx　.3.实验器材双缝干涉仪（光具座、单缝片、双缝片、滤光片、遮光筒、光屏、光源、测量头）、电源、导线、刻度尺.4.实验步骤（1）器材的安装与调整：①先将光源、遮光筒依次放于光具座上，如图甲所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的[2]　轴线　把屏照亮.图甲②将单缝和双缝安装在光具座上，使光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝[3]　相互平行　.在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图乙所示，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏[4]　中央　. 图乙（2）观察：①调单缝与双缝间距，观察白光的干涉条纹.②在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.（3）测量：调节测量头，使分划板中心对齐第1条亮条纹中心，读数为x1，转动手轮，使分划板中心对齐第n条亮纹中心，读数为x2，则相邻亮条纹间距Δx＝[5]　｜x2－x1n－1｜　.5.数据分析（1）条纹间距Δx＝x2－x1n－1.（2）波长λ＝[6]　dlΔx　.（3）计算多组数据，求λ的[7]　平均值　.6.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[8]　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，记下此时手轮上的读数，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）观察到白光的干涉条纹是彩色条纹，其中[9]　白色　在中央，[10]　红色　在最外层.7.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分划板中心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.③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.研透高考明确方向命题点1　教材基础实验1.[2024辽宁省实验中学校考]某实验小组利用如图甲所示装置测量某单色光的波长.图甲（1）该实验小组以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节，观察实验现象后总结出以下几点，其中正确的是　D　A.干涉条纹与双缝垂直B.若使用间距更小的双缝，会使相邻明条纹中心间距离变小C.若想增加从目镜中观察到的条纹个数，应将屏向远离双缝方向移动D.若观察到屏上的亮度较暗且条纹不明显，可能是光源、单缝与遮光筒不共轴所致（2）该实验小组调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的读数x1＝　1.515　mm（如图乙所示），接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，并读出对应的读数x2＝11.550mm；（3）若实验小组所用装置的双缝间距为d＝0.2mm，双缝到屏的距离为L＝70cm，则所测光的波长λ＝　573　nm.（保留3位有效数字） 解析　（1）根据双缝干涉原理，可知干涉条纹与双缝平行，A错误；根据干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ可知，若使用间距更小的双缝，会使相邻明条纹中心间距离变大，B错误；若想增加从目镜中观察到的条纹个数，应减小条纹间距，根据公式Δx＝Ldλ知应将屏向靠近双缝方向移动，C错误；若观察到屏上的亮度较暗且条纹不明显，可能是光源、单缝与遮光筒不共轴所致，D正确.（2）根据螺旋测微器的固定刻度和可动刻度可知手轮上的读数为1.5mm＋0.01×1.5mm＝1.515mm.（3）根据题意可知相邻条纹间距为Δx＝x2－x15＝11.550－1.5155mm＝2.007mm，由相邻条纹间距公式Δx＝Ldλ可得所测光的波长为λ＝ΔxLd＝2.007700×0.2mm＝573nm.命题点2　创新设计实验2.[2023海口模拟]某实验小组使用图甲的装置测量某红色激光的波长.用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板，双缝间的宽度d＝0.2mm.激光经过双缝后投射到光屏中的条纹如图乙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x＝　65.0　mm.通过激光测距仪测量出双缝到投影屏间的距离L＝2.0m，已知λd＝ΔxL（Δx为相邻两条亮纹间的距离）由此则可以计算该激光的波长λ＝　6.50×10－7　m.如果用紫色激光重新实验，相邻亮纹间距会　变小　（填“变大”“变小”或“不变”）.解析　刻度尺的最小刻度值为1mm，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离为9.00cm－2.50cm＝6.50cm＝65.0mm.相邻两条亮纹间的距离Δx＝xB－xA10＝65.010mm＝6.50mm，由λd＝ΔxL可得λ＝ΔxdL＝6.50×10－3×0.2×10－32.0m＝6.50×10－7m.如果用紫色激光重新实验，由于紫色激光的波长较小，由λd＝ΔxL可知，d、L不变，则相邻亮纹间距会变小.