高考物理一轮复习讲义69　第十三章　实验探究课十八　用双缝干涉实验测量光的波长

这是一份高考物理一轮复习讲义69　第十三章　实验探究课十八　用双缝干涉实验测量光的波长，共5页。

教材原型实验
[典例1] (2024·河北卷)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：
根据表中数据，判断单色光1为________(选填“红光”或“绿光”)。
[听课记录]



[典例2] (2025·八省联考云南卷)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图甲为实验装置示意图，双缝间距d＝0.450 mm，双缝到毛玻璃的距离l＝365.0 mm，实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。
当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心线，手轮上的读数为x1＝2.145 mm；当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心线，手轮上的读数为x5＝4.177 mm。 完成下列填空：
(1)相邻两条亮条纹间的距离Δx＝______mm。
(2)根据____________可算出波长(填正确答案标号)。
A．λ＝Δxd B．λ＝dlΔx
C．λ＝ldΔx
(3)则待测LED发出光的波长为λ＝______nm(结果保留3位有效数字)。
[听课记录]



拓展创新实验
[典例3] 洛埃利在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”。
(2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质，界面发生反射时，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。已知h≪D，如果把平面镜移动到和光屏接触，接触点P处是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。
(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留3位有效数字)。
[听课记录]



本实验的创新之处在于利用单缝和平面镜做“用双缝干涉测量光的波长”的实验时，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”，这样平面镜对单缝成像，相当于双缝，满足干涉条件，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。
[典例4] (1)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲)，让单色光从上方射入(示意图如图乙，其中R为凸透镜的半径)，从上往下看凸透镜，也可以观察到由干涉造成的环状条纹(图丙)，这些条纹叫作牛顿环。如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径将________(选填“变大”“变小”或“不变”)；如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径将______(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)采用波长为690 nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为________。
A．345 nm B．690 nm
C．几微米 D．几毫米
[听课记录]



本题的创新点体现在实验方法和实验目的创新，通过“牛顿环”的干涉实验，利用薄膜干涉原理及明暗条纹的形成条件，用测量薄膜的厚度替代测量光的波长。
实验原理
实验操作
注意事项
如图所示，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ、双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l满足关系式Δx＝ldλ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。
1．安装仪器(如图)
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
(2)接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源发出的光能沿遮光筒的轴线到达光屏。
(3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。
2．观察与记录
(1)调节单缝与双缝间距为5～10 cm，观察白光的干涉条纹。
(2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
(3)调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两亮条纹间的距离Δx＝a1-a2n-1。
(4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。
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且和干涉条纹平行。
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。
数据
处理
1．条纹间距：Δx＝an-a1n-1。2．波长：λ＝dlΔx。3．测量多组数据，求λ的平均值。
误差
分析
1．双缝到屏的距离l的测量存在误差。
2．测条纹间距Δx带来的误差如下：
(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。
(2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。
(3)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。
(4)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。
单色光类别
x1/mm
x6/mm
单色光1
10.60
18.64
单色光2
8.44
18.08