高考物理一輪復習 實驗十五 用雙縫干涉測量光的波長教學案

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1、 實驗十五 用雙縫干涉測量光的波長 1.了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件． 2．觀察白光和單色光的雙縫干涉圖樣． 3．測定單色光的波長. 一、實驗器材 雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)，另外還有學生電源、導線、刻度尺. 1.相鄰兩條亮條紋的間距Δx與入射光波長λ，雙縫S1、S2的間距d及雙縫與屏的距離l滿足的關(guān)系式為Δx＝λ. 2．測量頭的構(gòu)造及使用 如圖甲所示，測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動手輪，分劃板會向左右移動，測量時，應使分劃板中心刻度對齊條紋的中心，如圖乙，記下此時手輪上的讀數(shù)． 　　 甲　　　　　

2、　　　　　　乙 兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離． 實際測量時，要測出n條亮紋(暗紋)的寬度，設為a，那么Δx＝. 二、實驗步驟 1．觀察干涉條紋 (1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示． (2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光． (3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達光屏． (4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5～10 cm，這時，可觀察白光的干涉條紋． (5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋． 2．測定單色光的波長 (1)安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．

3、(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋． (3)用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)． (4)重復測量． 三、數(shù)據(jù)處理 (1)條紋間距Δx＝. (2)波長λ＝Δx. (3)計算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值． 四、注意事項 (1)雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應輕拿輕放，且注意保養(yǎng)． (2)安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當． (3)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單

4、縫平行且靠近． (4)照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應正確調(diào)節(jié)． 五、誤差分析 (1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差． (2)測條紋間距Δx帶來的誤差． ①干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度； ②誤認為Δx為亮(暗)條紋的寬度； ③分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心； ④測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清． 高頻考點一　實驗原理及操作 例1．在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中： (1)將激光束照在如圖2乙所示的雙縫上，在光屏

5、上觀察到的現(xiàn)象是圖甲中的_______． 圖2 (2)換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將________(以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”)． 答案　(1)A　(2)變寬　變窄 【變式探究】現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖3所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長． 圖3 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左到右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、__

6、______、________、________、A. (2)本實驗的步驟有： ①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮； ②按合理的順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； ③用刻度尺測量雙縫到屏的距離； ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離． 在操作步驟②時還應注意________________、________________和______________． 答案　(1)E　D　B　(2)放置單縫、雙縫時，必須使縫平行　單縫、雙縫間的距離要適當　要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一

7、軸線上 高頻考點二　儀器讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理 例2．在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1____Δx2(填“＞”“＝”或“＜”)．若實驗中紅光的波長為630 nm，雙縫與屏幕的距離為1.00 m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm，則雙縫之間的距離為________ mm. 答案?。尽?.3 解析　雙縫干涉條紋間距Δx＝λ，紅光波長長，所以紅光的雙縫干涉條紋間距較大，即Δx1＞Δx2.相鄰條紋間距Δx＝＝2.1 mm＝2.110－3 m，根據(jù)Δx＝λ可得d＝＝0.3 mm.

8、 【變式探究】用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖中游標卡尺的讀數(shù)，如圖4丁所示；雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺讀出，如圖丙所示；實驗時先移動測量頭(如圖甲所示)上的手輪，把分劃線對準靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示)，并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1(如圖戊所示)，然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右移動，直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)x2(如圖己所示)，由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖4 答案　8.010－7 m 【變式探究】(1)(多選)如圖5所示是用雙縫干涉測光波波長的實驗設備示意圖，圖中①是光

9、源、②是濾光片、③是單縫、④是雙縫、⑤是光屏．下列操作能增大光屏上相鄰兩亮條紋之間距離的是(　　) 圖5 A．增大③和④之間的距離 B．增大④和⑤之間的距離 C．將綠色濾光片改成紅色濾光片 D．增大雙縫之間的距離 (2)如果將燈泡換成激光光源，該實驗照樣可以完成，這時可以去掉的部件是________(填數(shù)字代號)． (3)轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對準第1條亮條紋，讀出手輪的讀數(shù)如圖6甲所示．繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線對準第10條亮條紋，讀出手輪的讀數(shù)如圖乙所示．則相鄰兩亮條紋的間距是________mm(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 圖6 (4)在(3)前提

10、下，如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.30 mm，雙縫和光屏之間的距離是900 mm，則待測光的波長是________m．(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)BC　(2)②③　(3)1.610　(4)5.3710－7 【2016江蘇卷】【選修34】 (3)在上述楊氏干涉實驗中，若單色光的波長λ＝5.8910－7 m，雙縫間的距離d＝1 mm，雙縫到屏的距離l＝2 m．求第1個亮條紋到第11個亮條紋的中心間距． （3）【答案】1.17810－2 m 【解析】相鄰亮條紋的中心間距Δx＝λ 由題意知，亮條紋的數(shù)目n＝10 則L＝，代入數(shù)據(jù)得L＝1.7810－2 m. 【2015

11、全國新課標Ⅰ34（1）】13．在雙縫干涉實驗中，分布用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距與綠光的干涉條紋間距相比（填“＞”“＜”或“＝”）。若實驗中紅光的波長為，雙縫到屏幕的距離為，測得第一條到第6條亮條紋中心間的距離為，則雙縫之間的距離為。 【答案】＞ 1、現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖5甲所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長． 甲 圖5 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列最佳順序應為C、________

12、、A. (2)本實驗的步驟有： ①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮； ②按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； ③用米尺測量雙縫到屏的距離； ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離． 在操作步驟②時還應注意________和________． (3)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示．然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊，記下此時圖丙中手輪上的示數(shù)為______mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為_____

13、_mm. (4)已知雙縫間距d為2.010－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為________nm. 答案　(1)E、D、B　(2)見解析　(3)13.870　2.310　(4)Δx　6.6102 2.(1)楊氏干涉實驗證明光的確是一種波，一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個光源，它們發(fā)出的光波滿足干涉的必要條件，即兩列光的________相同．如圖6所示，在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實線表示波峰，虛線表示波谷，如果放置光屏，在____(選填“A”“B”或“C”)點會出現(xiàn)暗條紋． 圖6 (2)在上述楊氏干

14、涉實驗中，若單色光的波長λ＝5.8910－7m，雙縫間的距離d＝1mm，雙縫到屏的距離l＝2m．求第1個亮條紋到第11個亮條紋的中心間距． 答案　(1)頻率　C　(2)1.17810－2m 解析　(1)從兩狹縫發(fā)出的光，它們的頻率相同，是干涉光，在波峰與波谷相遇的區(qū)域中，振動相互抵消，會出現(xiàn)暗條紋，即在C點出現(xiàn)暗條紋． (2)相鄰亮條紋的中心間距Δx＝λ 由題意知，亮條紋的數(shù)目n＝10 解得Δx＝，代入數(shù)據(jù)得Δx＝1.17810－2 m. 3．用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖中游標卡尺的讀數(shù)，如圖7丁所示；雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺

15、讀出，如圖丙所示；實驗時先移動測量頭(如圖甲所示)上的手輪，把分劃線對準靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示)，并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1(如圖戊所示)，然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右移動，直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)x2(如圖己所示)，由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖7 答案　8.010－7m 4、1801年，托馬斯楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)，1834年，洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗)． (1)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖8所示，S為單色光源，M為平面鏡，試用平面鏡成像作圖法畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直線發(fā)

16、出的光在光屏上相交的區(qū)域． 圖8 (2)設光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L，光的波長為λ，在光屏上形成干涉條紋，寫出相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間距離Δx的表達式． 答案　見解析 解析　(1)如圖所示 (2)Δx＝λ，因為d＝2a，故Δx＝λ. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375