【物理】2018届一轮复习人教版第十一章实验18测定玻璃的折射率学案 7页

考纲标准 知识内容 必考要求 加试要求 实验18：用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头)‎ ‎√‎ ‎1．实验原理 如实验原理图甲所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，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有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.‎ 两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成．如实验原理图乙所示．‎ ‎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．‎ ‎3．实验步骤 ‎(1)观察双缝干涉图样 ‎①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如实验原理图丁所示．‎ ‎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，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．‎ ‎④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.‎ ‎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，调节至可清晰观察到干涉条纹．‎ ‎②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数，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央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n个亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝.‎ ‎③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)．‎ ‎④重复测量、计算，求出波长的平均值．‎ ‎1．数据处理 ‎(1)条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝.‎ ‎(2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到屏的距离．‎ ‎(3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值．‎ ‎2．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，记清此时手轮上的读数，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，要测多个亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差．‎ ‎(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层．‎ ‎3．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亮(或暗)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.‎ 命题点一　教材原型实验 例1　如图1所示，是用双缝干涉测光的波长的实验装置示意图，其中A、B、C、D分别表示滤光片、单缝、双缝、光屏．图2a是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样；图2b是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.18 mm的双缝在光屏上得到的图样；图2c是实验时用蓝色滤光片和双缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样，则 图1‎ 图2‎ ‎(1)比较图2a和图2b，可以说明____________________．‎ ‎(2)比较图2a和图2c，可以说明____________________．‎ ‎(3)能进行上述比较的前提是做这三次实验时不改变________和________的位置(从“A”“B”“C”“D”中选择)．‎ 解析　(1)比较图2a和图2b可知，对相同色光，双缝间的距离变小，相邻条纹间距增大；(2)比较图2a和图2c可知，对相同双缝，光波长变短，相邻条纹间距减小；(3)能进行上述比较的前提是做这三次实验时保证双缝到光屏的距离不变即不改变C、D的位置．‎ 答案　(1)对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距增大　(2)对相同双缝，光波长变短，相邻条纹间距减小　(3)C　D 题组阶梯突破 ‎1．在观察光的双缝干涉现象的实验中：‎ ‎(1)将激光束照在如图3乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的________．‎ 图3‎ ‎(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)．‎ 答案　(1)A　(2)变宽　变窄 解析　(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确；‎ ‎(2)根据Δx＝λ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽，当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄．‎ ‎2．在做“用双缝干涉测量光的波长”实验中．(如图4所示)‎ 图4‎ ‎(1)小勇同学应该在A物体右侧首先放______填(“单缝”或“双缝”)．‎ ‎(2)经过一系列的调试，得到了亮度较好，但不够清晰的干涉图样，为了得到更加清晰的干涉图样，应该如何调整？______(填“左右”或“上下”)拨动拨杆．‎ ‎(3)他看到的干涉图样如图5甲图，他想把干涉图样及分划板调为竖直方向，你认为应该如何调整？‎ 答：________________________________________________________________________‎ 若他看到的干涉图样如图乙，你认为又应该如何调整？‎ 答：________________________________________________________________________‎ 图5‎ 答案　(1)单缝　(2)左右 ‎(3)测量头与遮光筒一起逆时针转过一定角度　遮光筒逆时针转过一定角度(测量头不动)‎ 解析　(1)光由透镜汇聚后先通过单缝获得线光源再通过双缝获得两相干光源；(2)左右调节拨杆使双缝和单缝平行；(3)测量头与遮光筒一起逆时针转过一定角度；遮光筒逆时针转过一定角度(测量头不动)．‎ 命题点二　拓展创新实验 例2　用双缝干涉测光的波长，实验装置如图6所示，已知单缝与双缝的距离L1＝60 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，单缝宽d1＝0.10 mm，双缝间距d2＝0.25 mm.用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心，如图7所示，记下此时手轮的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数．‎ 图6‎ 图7‎ 图8‎ ‎(1)板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图8所示，则对准第1条时读数x1＝________mm，对准第4条时读数x2＝________mm，相邻两条亮纹间的距离Δx＝________mm.‎ ‎(2)求得的波长值是________nm.(保留3位有效数字)．‎ 解析　(1)对准第1条时手轮的读数为x1＝2 mm＋19.0×0.01 mm＝2.190 mm，对准第4条时读数为x2＝7.5 mm＋36.8×0.01 mm＝7.868 mm，相邻两条亮纹间的距离为Δx＝≈1.893 mm.(2)根据条纹间距公式知Δx＝λ，解得λ＝＝，代入数据得波长为676 nm.‎ 答案　(1)2.190　7.868　1.893　(2)676‎ 题组阶梯突破 ‎3．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，经调节后使单缝与双缝相互平行且沿竖直方向，在目镜内观察到单色光的干涉条纹是________(选填图9中的“A”或“B”)．某同学用间距0.20 mm的双缝做实验，调节双缝与屏之间的距离至100.00 cm，测得两相邻亮条纹间距为2.80 mm，则该单色光的波长为________ m.‎ 图9‎ 答案　B　5.6×10－7‎ ‎4．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图10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．‎ 图10‎ ‎(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.‎ ‎(2)本实验的步骤有：‎ ‎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，并使各光学元件的中心位于遮光筒的轴线上；‎ ‎③用刻度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：____________________.‎ 答案　(1)E　D　B　(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 解析　(1)滤光片E 是用来从白光中选出单色红光的，单缝屏是用来获得线光源的，双缝屏是用来获得相干光源的，最后成像在毛玻璃屏上．所以排列顺序为：C、E、D、B、A.‎ ‎(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上．‎