2020版高考物理第十四章第85课时用双缝干涉测光的波长（实验增分课）讲义 5页

第85课时　用双缝干涉测光的波长(实验增分课)一、实验目的1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。3．测定单色光的波长。二、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)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足Δx＝λ。三、实验器材双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。谨记部分器材用途滤光片提供单色光单缝提供光线稳定的光源双缝提供相干光测量头测定条纹间距四、实验步骤1．安装仪器、观察干涉条纹(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上，如图所示。(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。(3)调节各器件的高度，使光源发出的光能沿遮光筒的轴线到屏。(4)安装双缝和单缝，使缝的中点大致位于遮光筒的轴线上，且双缝与单缝相互平行，二者间距约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。2．测定单色光的波长(1)安装测量头，调节至可观察到清晰的干涉条纹。(2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读n数a2，将该条纹记为第n条亮条纹。(3)用刻度尺测量双缝到屏的距离l(d是已知的)。(4)重复测量。五、数据处理1．条纹间距Δx＝。2．波长λ＝Δx。3．计算多组数据，求λ的平均值。六、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(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。七、注意事项1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养。2．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轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当。3．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。4．照在屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行，故应正确调节。1．利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d＝0.5mm，双缝与光屏间距离L＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图1所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图2所示，则图中A位置的游标卡尺读数为________m，B位置的游标卡尺读数为________m，单色光的波长为________m。n解析：题图2所示游标卡尺的精确度为0.1mm，故A位置读数为11mm＋0.1×2mm＝11.2mm＝1.12×10－2m；B位置读数为15mm＋0.1×7mm＝15.7mm＝1.57×10－2m；故Δx＝m≈6.4×10－4m；由Δx＝λ可得λ＝Δx·＝m＝6.4×10－7m。答案：1.12×10－2　1.57×10－2　6.4×10－72．用双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝的距离L1＝60mm，双缝与光屏的距离L2＝700mm，单缝宽d1＝0.10mm，双缝间距d2＝0.25mm。(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图乙所示，则对准第1条时读数x1＝________mm，对准第4条时读数x2＝________mm，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________mm。(2)本实验中计算波长的公式λ＝______，求得的波长是________nm(结果保留三位有效数字)。解析：(1)对准第1条时读数x1＝(2＋0.01×19.0)mm＝2.190mm，对准第4条时读数x2＝(7.5＋0.01×36.9)mm＝7.869mm，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝＝1.893mm。(2)由条纹间距公式Δx＝可得，本实验中λ＝Δx，波长λ＝×1.893×10－3m≈6.76×10－7m＝676nm。答案：(1)2.190　7.869　1.893　(2)Δx　6763．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和红色滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、____________、A。n(2)本实验的操作步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。在操作步骤②时还应注意__________________________和______________________。(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时图乙所示手轮上的示数为________mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________mm。(4)已知双缝间距d＝2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l＝0.700m，由计算公式λ＝________，求得所测红光波长为________mm。解析：(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：E、D、B。(2)单缝与双缝的间距为5～10cm，使单缝与双缝相互平行。(3)题图甲的读数为2.320mm，题图乙的读数为13.870mm，Δx＝mm＝2.310mm。(4)由Δx＝λ可得λ＝Δx，可求出λ＝×2.310mm＝6.6×10－4mm。答案：(1)E、D、B　(2)单缝与双缝的间距为5～10cm　使单缝与双缝相互平行　(3)13.870　2.310　(4)Δx　6.6×10－4本实验常考双缝干涉仪器的安装、实验步骤及注意事项、Δx的测量和光的波长的计算。安装实验仪器要注意各种元件的安放顺序，实验步骤中需要牢记注意事项，另外还要准确掌握Δx的测量方法和λ的计算方法。　　n