实验02 用双缝干涉测量光的波长（解析版）---【同步实验课】2023-2024高中物理实验大盘点.docx
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实验02用双缝干涉测量光的波长
【实验目的】
1.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器。
2.掌握相邻亮条纹(或暗条纹)间距的计算公式Δx＝eq\f(l,d)λ及推导过程。
3.观察双缝干涉图样，掌握实验方法。
【实验设计】
1.实验原理
(1)干涉图样的获得：光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝后产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹，如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。
(2)光的波长的测定：若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝eq\f(dΔx,l)。实验中d是已知的，测出l、Δx即可计算出光的波长λ。
(3)测量Δx的方法：测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再同方向转动手轮，测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝eq\f(a,n－1)。
2.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。
【实验步骤】
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，闭合开关，使灯丝正常发光。
3.调节各元件的高度，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5～10cm，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。
五、误差分析
1.测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。
2.测条纹间距Δx带来的误差。
(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。
(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。
(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。
【注意事项】
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、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，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，间距大约5～10cm。
4.调节的基本依据：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。
5.测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。
6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。
要点1实验原理与操作
【例1】(2022·杭州高二期末)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中。
(1)在观察红光的干涉图样时，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、滤光片D、单缝E等光学元件，将白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为：________(选填“①”或“②”)。
①C、D、E、B、A②C、D、B、E、A
(2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图所示。若要使两者对齐，该同学应如何调节________。
A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝
C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头
(3)为了使测得单色光的条纹间距增大，在其他条件不变情况下，以下做法合适的是________。
A.增大单缝与双缝间距 B.增大双缝与毛玻璃屏间距
C.更换双缝间距更小的双缝片 D.增强光源亮度
【答案】(1)①(2)D(3)BC
【解析】(1)为了获取单色的线光源，光源后面应放置滤光片、单缝，单缝形成的线光源经过双缝产生干涉现象，在光屏上可以观察到干涉条纹，因此，由右至左，各光学元件排列顺序应为白光光源C、滤光片D、单缝E、双缝B、毛玻璃屏A，故为CDEBA，故选①。
(2)发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头，故A、B、C错误，D正确。
(3)依据双缝干涉条纹间距Δx＝eq\f(l,d)λ，要使Δx增大，可以增大l，或减小d，还可以增大λ，与单缝与双缝间距及光的强度无关，故B、C正确，A、D错误。
【例2】(2023·河北高二期末)如图甲所示为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置。
(1)光具座上放置的光学元件依次为①光源(白炽灯)、②________、③________、④双缝、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取________________