浙江省2021版高考物理一轮复习实验微讲座4选修实验实验十三用双缝干涉测量光的波长同时练习使用游标型测量头教案 1 7页

实验十三　用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头)‎ 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．‎ ‎4．练习使用测量头．‎ 二、实验原理 ‎1．光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹．‎ ‎2．根据λ＝Δx可以计算出单色光的波长．公式中d为双缝间距离，Δx为相邻两条亮纹间的距离，l为双缝到屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出l、Δx即可求出光的波长．Δx的测量可用测量头完成．由于Δx较小，可测出n条亮(或暗)条纹的间距a，则相邻亮条纹间的距离Δx＝.‎ 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．‎ 四、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，‎ 7‎ 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．‎ 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、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．‎ 七、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．‎ ‎　对实验原理与操作的考查 ‎【典题例析】‎ ‎　在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：‎ ‎(1)如图所示，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取________或________的方法．‎ 7‎ ‎(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)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时10等分的游标卡尺位置如图甲所示，其读数为________ mm，继续转动测量头，使分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐，此时游标卡尺位置如图乙所示，其读数为________ mm.‎ ‎(4)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．(取三位有效数字)‎ ‎[解析]　(1)由实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝．‎ 由Δx＝λ可知，要增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取的办法有：①增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；②减小双缝之间的距离．‎ ‎(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③.‎ ‎(3)甲图中游标尺上第8条线与主尺刻度对齐，读数为19 mm＋×8＝19.8 mm；乙图中游标尺上第3条线与主尺刻度对齐，读数为30 mm＋×3＝30.3 mm.‎ ‎(4)光的波长λ＝＝5.83×10－7 m.‎ ‎[答案]　(1)滤光片　单缝　双缝　增加双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)　减小双缝之间的距离　(2)②③　(3)19.8　30.3　(4)5.83×10－7‎ ‎　利用如图所示装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是(　　)‎ A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄 B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 答案：ABD ‎　对仪器读数和数据处理的考查 ‎【典题例析】‎ ‎　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，如图丁所示；双缝到毛玻璃间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，‎ 7‎ 如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲)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．‎ ‎[解析]　根据条纹宽度公式Δx＝λ可知，波长λ＝Δx，只要根据题目提供的数据就可求解，由丁图可直接读出d＝0.25 mm＝0.000 25 m，‎ 双缝到屏的距离由丙图读出l＝749.8 mm＝0.749 8 m 由图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离 Δx＝ mm＝2.400 mm＝0.002 400 m.‎ 将以上数据代入得 λ＝＝ m≈8×10－7 m.‎ ‎[答案]　8×10－7 m ‎　(2020·杭州联考)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题．‎ ‎(1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________(选填“甲”或“乙”)．‎ ‎(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置，并用此装置测量红光的波长．‎ 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片 7‎ 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，各光学元件的排列顺序应为________(填写元件代号)．‎ ‎(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50 mm，双缝到光屏的距离L＝0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图丁所示，分划板在图中A位置时游标卡尺示数如图戊所示，则其读数为________ mm；在B位置时游标卡尺示数如图己所示．由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________ m.‎ 解析：(1)干涉图样中条纹间距和宽度相同；衍射图样中条纹度不等，中央最宽．‎ ‎(2)光源发出的白光，各种频率的光都有，加E后通过的就只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在屏上，所以顺序为CEDBA.‎ ‎(3)A位置的示数为111.10 mm，B位置的示数为115.65 mm，图丁中A、B之间的距离为(115.65－111.10)mm＝4.55 mm，则相邻条纹的间距为Δx＝ mm，根据公式Δx＝λ，代入数据得波长为6.5×10－7m.‎ 答案：(1)甲　(2)EDBA ‎(3)111.10　6.5×10－7‎ ‎1．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　)‎ A．增大S1与S2的间距 B．减小双缝到光屏的距离 C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光 解析：选C.由Δx＝λ知，增大S1与S2的间距d或减小双缝到光屏的距离l时，条纹间距变小，选项A、B错误；将绿光换为红光，波长变大，条纹间距变大，选项C正确；将绿光换为紫光，波长变小，条纹间距变小，选项D错误．‎ ‎2．如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝 7‎ S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里出现的应是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)．‎ 解析：＝，即半波长的奇数倍，所以出现暗条纹．根据条纹间距Δx＝λ，当单色光的波长变长时，条纹间距变宽．‎ 答案：暗条纹　变宽 ‎3．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图．‎ ‎(1)下列说法不正确的是________．(填选项前的字母)　‎ A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝ ‎(2)测量某亮纹位置时，游标卡尺的示数如图，其示数为________ mm.‎ 解析：(1)调节光源高度使光束沿遮光 筒轴线照在屏中心时，无须放上单缝和双缝，选项A错误．‎ ‎(2)由题图知，示数为1 mm＋0.05×5 mm＝1.25 mm.‎ 答案：(1)A　(2)1.25‎ ‎4．(2020·嘉兴检测)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)本实验的实验步骤有：‎ 7‎ ‎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)测量数条亮纹间的距离．‎ 在操作步骤②时还应注意________和________．‎ ‎(2)如图所示，需要从标尺上读出某条亮纹的位置。图中所示的读数是________ mm.‎ ‎　‎ 若缝与缝间相距d，双缝到屏间的距离为L，相邻两个亮条纹中心的距离为Δx，则光的波长表示为λ＝________(字母表达式)，某同学在两个亮条纹之间测量，测出以下结果，其他数据为：d＝0.20 mm，L＝700 mm，测量Δx的情况如图所示，由此可计算出该光的波长λ＝________m.‎ 解析：(1)单缝与双缝的间距为5～10 cm，使单缝与双缝相互平行．‎ ‎(2)图中主尺读数为5 mm，游标尺上第12条线与主尺对齐，故读数为5 mm＋12×0.02 mm＝5.24 mm，光的波长λ＝Δx，代入题中数据得λ＝5.6×10－7 m.‎ 答案：(1)单缝与双缝的间距为5～10 cm　使单缝与双缝相互平行　(2)5.24　Δx　5.6×10－7‎ 7‎