【物理】2018届一轮复习人教版实验十五用双缝干涉测量光的波长学案 10页

实验十五 用双缝干涉测量光的波长 ‎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.‎ ‎ ‎ 一、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.‎ ‎1.相邻两条亮条纹的间距Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2的间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为Δx＝λ.‎ ‎2．测量头的构造及使用 如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图乙，记下此时手轮上的读数．‎ ‎　　‎ 甲　　　　　　　　　　　乙 两次读数之差就表示这两条条纹间的距离．‎ 实际测量时，要测出n条亮纹(暗纹)的宽度，设为a，那么Δx＝.‎ 二、实验步骤 ‎1．观察干涉条纹 ‎(1)将光源、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，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，二者间距约5～‎10 cm，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a1，将该条纹记为第1条亮纹；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a2，将该条纹记为第n条亮纹．‎ ‎(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．‎ ‎(4)重复测量．‎ 三、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．‎ 四、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中心轴线上，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)照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．‎ 五、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．‎ 高频考点一　实验原理及操作 例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2乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的_______．‎ 图2‎ ‎(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 ‎【变式探究】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3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3‎ ‎(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，由左到右，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，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；‎ ‎②按合理的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________________、________________和______________．‎ 答案　(1)E　D　B　(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行　单缝、双缝间的距离要适当　要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上 高频考点二　仪器读数和数据处理 例2．在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1____Δx2(填“＞”“＝”或“＜”)．若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为‎1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为‎10.5 mm，则双缝之间的距离为________ mm.‎ 答案　＞　0.3‎ 解析　双缝干涉条纹间距Δx＝λ，红光波长长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx1＞Δx2.相邻条纹间距Δx＝＝‎2.1 mm＝2.1×10－‎3 m，根据Δx＝λ可得d＝＝‎0.3 mm.‎ ‎【变式探究】用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图4丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保留两位有效数字)‎ 图4‎ 答案　8.0×10－‎‎7 m ‎【变式探究】(1)(多选)如图5所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图，图中①是光源、②是滤光片、③是单缝、④是双缝、⑤是光屏．下列操作能增大光屏上相邻两亮条纹之间距离的是(　　)‎ 图5‎ A．增大③和④之间的距离 B．增大④和⑤之间的距离 C．将绿色滤光片改成红色滤光片 D．增大双缝之间的距离 ‎(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是________(填数字代号)．‎ ‎(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，读出手轮的读数如图6甲所示．继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，读出手轮的读数如图乙所示．则相邻两亮条纹的间距是________mm(结果保留三位有效数字)．‎ 图6‎ ‎(4)在(3)前提下，如果已经量得双缝的间距是‎0.30 mm，双缝和光屏之间的距离是‎900 mm，则待测光的波长是________m．(结果保留三位有效数字)‎ 答案　(1)BC　(2)②③　(3)1.610　(4)5.37×10－7‎ ‎【2016·江苏卷】【选修34】‎ ‎(3)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－‎7 m，双缝间的距离d＝‎1 mm，双缝到屏的距离l＝‎2 m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．‎ ‎（3）【答案】1.178×10－‎‎2 m ‎【解析】相邻亮条纹的中心间距Δx＝λ 由题意知，亮条纹的数目n＝10‎ 则L＝，代入数据得L＝1.78×10－‎2 m. ‎ ‎【2015·全国新课标Ⅰ·34（1）】13．在双缝干涉实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距与绿光的干涉条纹间距相比（填“＞”“＜”或“＝”）。若实验中红光的波长为，双缝到屏幕的距离为 ‎，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为，则双缝之间的距离为。‎ ‎【答案】＞‎ ‎1、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5甲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．‎ 甲 图5‎ ‎(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最佳顺序应为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条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示．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，记下此时图丙中手轮上的示数为______mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为______mm.‎ ‎(4)已知双缝间距d为2.0×10－‎4m，测得双缝到屏的距离l为‎0.700m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm.‎ 答案　(1)E、D、B　(2)见解析　(3)13.870　2.310　(4)Δx　6.6×102‎ ‎2.(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，即两列光的________相同．如图6所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在____(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹．‎ 图6‎ ‎(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－‎7m，双缝间的距离d＝‎1mm，双缝到屏的距离l＝‎2m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．‎ 答案　(1)频率　C　(2)1.178×10－‎‎2m 解析　(1)从两狭缝发出的光，它们的频率相同，是干涉光，在波峰与波谷相遇的区域中，振动相互抵消，会出现暗条纹，即在C点出现暗条纹．‎ ‎(2)相邻亮条纹的中心间距Δx＝λ 由题意知，亮条纹的数目n＝10‎ 解得Δx＝，代入数据得Δx＝1.178×10－‎2 m.‎ ‎3．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d 的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图7丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保留两位有效数字)‎ 图7‎ 答案　8.0×10－‎‎7m ‎4、1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)．‎ ‎(1)洛埃镜实验的基本装置如图8所示，S为单色光源，M为平面镜，试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域．‎ 图8‎ ‎(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ ‎，在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离Δx的表达式．‎ 答案　见解析 解析　(1)如图所示 ‎(2)Δx＝λ，因为d＝‎2a，故Δx＝λ. ‎