第三單元試驗：用雙縫干涉測光波長1/46一、試驗目標1．了解光波產生穩定干涉現象條件．2．觀察雙縫干涉圖樣．3．測定單色光波長．考點聚焦2/46二、試驗原理1．光源發出光經濾光片成為單色光，單色光經過單縫后，相當于線光源，經雙縫產生穩定干涉圖樣，我們經過光屏能夠觀察到明暗相間干涉條紋．若用白光照射，經過兩狹縫能夠在光屏上觀察到彩色條紋．3/464/46圖15/46三、試驗器材雙縫干涉儀，即：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭，另外還有學生電源，導線、刻度尺．6/46四、試驗步驟1．觀察雙縫干涉圖樣(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．如圖2.圖27/46(2)接好光源，打開開關，使白熾燈正常發光．調整各部件高度，使光源燈絲發出光能沿軸線抵達光屏．(3)安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒軸線上，使雙縫和單縫縫平行，二者間距為幾個厘米，這時，可觀察到白光干涉條紋．(4)在單縫和光源間放上過濾片，觀察單色光條紋．8/469/4610/46五、注意事項1．試驗時應調整光源、單縫、雙縫和光屏、測量頭共軸，單縫和雙縫安裝時應豎直且相互平行，遮光筒軸線要與光具座導軌平行．若不共軸或單縫與雙縫不平行則會引發干涉條紋亮度小，不清楚，不便于觀察和測量．2．分劃板上刻度線應與干涉條紋亮(暗)線平行，不然會增大測量結果誤差．3．雙縫、測量頭安裝到遮光筒上時要裝到底，使各部件定位面緊密吻合，不然影響測量結果．11/46六、誤差分析光波波長很小，Δx、l測量對波長λ影響很大，l用毫米刻度尺測量，Δx利用測量頭上游標卡尺測量；可測多條亮紋間距求Δx；采取屢次測量求λ平均值法減小誤差．12/46【例1】利用圖3中裝置研究雙縫干涉現象時，有下面幾個說法：圖3典例剖析13/46A．將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄B．將濾光片由藍色換成紅色，干涉條紋間距變寬C．將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬D．換一個兩縫之間距離較大雙縫，干涉條紋間距變窄E．去掉濾光片后，干涉現象消失其中正確是__________．14/46答案：ABD15/46【例2】在《用雙縫干涉測光波長》試驗中，將雙縫干涉試驗儀按要求安裝在光具座上(如圖4甲)，并選取縫間距d＝0.20mm雙縫屏．從儀器注明規格可知，像屏與雙縫屏間距離L＝700mm.然后，接通電源使光源正常工作．16/46圖417/46①已知測量頭主尺最小刻度是毫米，副尺上有50分度．某同學調整手輪后，從測量頭目鏡看去，第一次映入眼簾干涉條紋如圖乙(a)所表示，圖乙(a)中數字是該同學給各暗紋編號，此時圖乙(b)中游標尺上讀數x1＝1.16mm；接著再轉動手輪，映入眼簾干涉條紋如圖丙(a)所表示，此時圖丙(b)中游標尺上讀數x2＝________mm；②利用上述測量結果，經計算可得兩個相鄰明紋(或暗紋)間距離Δx＝________mm；這種色光波長λ＝________nm.18/46答案：①15.02②2.316.6×10219/46【例3】在“用雙縫干涉測光波長”試驗中：(1)已知雙縫到光屏之間距離是600mm，雙縫之間距離是0.20mm，單縫到雙縫之間距離是100mm，某同學在用測量頭測量時，先將測量頭目鏡中看到分劃板中心刻線對準某條亮紋(記作第1條)中心，這時手輪上示數如圖5甲所表示，然后他轉動測量頭，使分劃板中心刻線對準第7條亮紋中心，這時手輪上示數如圖5乙所表示，這兩次示數依次為__________mm和20/46__________mm，由此能夠計算出這次試驗中所測得單色光波長為__________nm.圖521/46(2)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間距離 ()A．增大單縫和雙縫之間距離B．增大雙縫和光屏之間距離C．將紅色濾光片改為綠色濾光片D．增大雙縫之間距離22/4623/46答案：(1)0.64010.296536(2)B24/461．分別使紅光和紫光先后用同一裝置進行雙縫干涉試驗，在屏上得到相鄰條紋間距離分別為Δx1和Δx2，則()A．Δx1＜Δx2B．Δx1＞Δx2C．若雙縫間距d減小，而其它條件保持不變，則Δx1增大D．若雙縫間距d減小，而其它條件保持不變，則Δx1不變隨堂檢測25/46答案：BC26/462．用單色光做雙縫干涉試驗，下述說法正確是 ()A．相鄰干涉條紋之間距離相等B．中央明條紋寬度是兩邊明條紋寬度2倍C．屏與雙縫之間距離減小，則屏上條紋間距離增大D．在試驗裝置不變情況下，紅光條紋間距小于藍光條紋間距27/46答案：A28/463．右圖6為雙縫干涉試驗示意圖，若要使干涉條紋間距變大可改用波長更________(填：長、短)單色光；或者使雙縫與光屏之間距離__________(填：增大，減小)．圖629/46答案：長增大30/464．在雙縫干涉試驗中，以白光為光源，在屏上觀察到了彩色干涉條紋．若在雙縫中一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，這時()A．只有紅色和綠色雙縫干涉條紋，其它顏色雙縫干涉條紋消失B．有除紅色、綠色外其它顏色雙縫干涉條紋C．任何顏色雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上無任何光亮31/46解析：兩列光波發生干涉條件之一是頻率相等．利用雙縫將一束光分成能夠發生干涉兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但分別用綠濾光片和紅濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發生干涉，所以屏上不會出現干涉條紋，故選C.答案：C32/465．雙縫干涉試驗中，要使屏上單色光干涉條紋之間距離變寬，可采取以下方法：(1)__________；(2)__________；(3)__________．為測量紅光波長，現測得屏上6條亮條紋間距離為7.5mm，已知雙縫間距離為0.5mm，雙縫到光屏距離為1m，則此紅光波長為__________．33/4634/46答案：(1)使用波長λ較長單色光(2)增加雙縫到光屏間距離或選取較長遮光筒(3)減小雙縫之間距離7.5×10－7m35/466．用某種單色光做雙縫干涉試驗時，已知雙縫間距離d大小恰好是下列圖7中游標卡尺讀數如圖丁，雙縫到毛玻璃屏間距離l大小也由下列圖中毫米刻度尺讀出，如圖丙．試驗時先移動測量頭如圖甲上手輪，把分劃線對準靠近最左邊一條明條紋如圖乙所表示，并記下螺旋測微器讀數x1如圖戊所表示，然后轉動手輪，把分劃線向右邊移動，直到對準第7條明條紋并記下螺旋測微器讀數x7如圖乙所表示，由以上測量數據求得該單色光波長為__________．36/46圖737/46答案：8.01×10－7m38/467．某同學在做“用雙縫干涉測光波長”試驗時，第一次分劃板中心刻度線對齊A條紋中心時如圖8(a)，游標卡尺示數如圖8(b)所表示，第2次分劃板中心刻度線對齊B條紋中心時如圖8(c)，游標卡尺示數如圖8(d)所表示．已知雙縫間距為0.5mm，從雙縫到屏距離為1m．則圖8(b)中游標卡尺示數為__________mm，試驗時測量多條干涉條紋寬度目標是__________，所測光波波長為__________m(保留兩位有效數字)．39/46圖840/46答案：11.4減小Δx測量誤差6.6×10－741/468．利用雙縫干涉測定光波長試驗中，雙縫間距d＝0.4mm，雙縫到光屏間距離l＝0.5m，用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖9所表示，分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數也如圖中所給出，則：圖942/46(1)分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數分別為xA＝__________mm，xB＝__________mm，相鄰兩條紋間距Δx＝__________mm；(2)波長表示式λ＝__________(用Δx、l、d表示)，該單色光波長λ＝__________m；(3)若改用頻率較高單色光照射，得到干涉條紋間距將_____