1、-1-4 实验:用双缝干涉测量光的波长-2-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 实验目的和器材 实验原理 实验目的 1.观察白光及单色光的双缝干涉图样2.掌握用公式 x=ld测定单色光波长的方法并实践操作 1.光源发出的光经滤光片后成为单色光,单色光经过单缝后相当于线光源。双缝到单缝的距离相等,单色光经双缝后相当于振动情况完全相同的两个相干光源。在光屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹;若不加滤光片,则各种颜色的光都发生干涉,在屏上观察到的是彩色条纹。2.根据=dl x 可以计
2、算出单色光的波长。公式中 d为双缝间距离,x 为相邻两条亮条纹间的距离,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、x,即可得出光的波长。实验器材 双缝干涉仪:包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、光具座、测量头及刻度尺等 -3-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 一、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,使光源灯丝发出的光能沿
3、轴线到达屏。(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行两者间距为 510 cm,这时可观察到白光的干涉条纹。(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。-4-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 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)使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央,如图所示。记下手轮上的读数 a1,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数 a2,得出 n 个亮条纹间的距离为
4、 a=|a2-a1|,则相邻两亮条纹间距 x=|2-1|-1。(3)用刻度尺测量双缝到毛玻璃屏的距离 l(d 是已知的)。(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。(5)换用不同的滤光片,重复实验。-5-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 二、数据处理1.用测量头测量某单色光干涉图样的条纹间距 x=-1。2.用刻度尺测量双缝到光屏的距离 l(双缝间距 d 是已知的)。3.将测得的 l、x 代入 x=,求出光的波长。重复测量、计算,求出波长的平均值。4.换用不同颜色的滤光片,观
5、察干涉图样的异同,并求出相应的波长。-6-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 三、注意事项1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行,间距大约为 510 cm。2.要保持光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一条轴线上。3.测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心。4.要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离,再求 x。5.调节的基本依据:照在毛玻璃屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致;干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致。四、误差分
6、析实验中的双缝间距 d 是器材本身给出的,因此本实验要注意 l 和 x 的测量。光波的波长很小,l、x 的测量对波长的影响很大。1.l 的测量:l 用毫米刻度尺测量,可多次测量求平均值。2.条纹间距 x 的测定:x 利用测量头测量。用“累积法”测 n 条亮纹间距,再求 x=-1,并且采用多次测量求 x 的平均值的方法进一步减小误差。-7-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 探究一对实验装置及原理的考查例题 1如图是用双缝干涉仪测光的波长的实验装置示意图:(1
7、)图中是光源,是光屏,它们之间的依次是 、和 。(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离()A.增大和之间的距离B.增大和之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片D.增大双缝之间的距离-8-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 解析:(1)题图实验设备中依次是滤光片、单缝、双缝。(2)由公式 x=知,在 一定的情况下,要使 x 增大,必须增大 l 或者减小 d 或者改用波长更长的单色光,所以选项 B 正确。答案:(1)见解析(2)B-9-4 实验
8、:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 变式训练 1某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于()A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大B.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强解析:光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项 A、C 正确。答案:AC-10-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XIN
9、ZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 探究二实验数据处理和误差分析例题 2在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),并选用缝间距 d=0.20 mm 的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离 l=700 mm。然后,接通电源使光源正常工作。(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有 50 分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图乙(b)中游标尺上的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼
10、帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数 x2=mm;-11-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x=mm;这种色光的波长=nm。甲-12-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 乙-13-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TA
11、NJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 丙解析:由题图知,4 号条纹移动了 6 个条纹间距的宽度,则有 x=15.02-1.166mm=2.31 mm;再由 x=,可求出=0.22.31700mm=6.6102 nm。答案:(1)15.02(2)2.31 6.6102-14-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 变式训练 2在用双缝干涉测光的波长的实验中:(1)已知双缝到光屏之间的距
12、离是 600 mm,双缝之间的距离是 0.20 mm,单缝到双缝之间的距离是 100 mm,某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮条纹(记作第 1 条)的中心,这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第 7 条亮条纹的中心,这时手轮上的示数如图乙所示。这两次示数依次为 mm 和 mm。由此可以计算出本实验所用的单色光的波长为 nm。-15-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 解析:测量头为螺旋测微器,
13、图甲示数为 a1=0.639 mm,图乙示数为a2=9.789 mm中间共有 6 条亮条纹,则x=2-1=9.789-0.6396mm=1.525 mm由题意:l=600 mm,d=0.2 mm由公式 x=整理并代入数据=x=0.201.525600mm=5.0810-4 mm=508 nm。答案:0.639 9.789 508-16-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 1.如图所示,用单色光做双缝干涉实验时,P 处为第二条亮条纹,改用频率较高的单色光重做实验(其他条件不变
14、)时,则第二条亮条纹的位置()A.仍在 P 处B.在 P 点上方C.在 P 点下方D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮条纹解析:由 x=判断 x 的变化情况。光波的频率变高,则光波波长变短。由x=可知,x 减小。所以,第二条亮条纹的位置在 P 点的下方。答案:C12345678-17-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 2.在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线()A.与亮条纹的边缘线对齐B.与暗条纹的边缘线对齐C.与亮条纹的中心位置对齐D.与暗条纹的中心位置对齐
15、解析:为了便于观察和减小误差,分划板中心刻线应与亮条纹的中心位置对齐。答案:C12345678-18-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 3.分别以红光和紫光先后用同一装置进行双缝干涉实验,已知 红 紫,在屏上得到相邻亮纹间的距离分别为 x1 和 x2,则()A.x1x2C.若双缝间距 d 减小,而其他条件保持不变,则 x1 增大D.若双缝间距 d 减小,而其他条件保持不变,则 x 不变解析:由 x=,红 紫,得 x 红x 紫,选项 B 正确。当双缝间距 d 减小,其他条件
16、不变时,条纹间距 x 应增大,故选项 C 正确。答案:BC12345678-19-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 4.某次实验中测得第一级亮条纹和第三级亮条纹相距 4.010-2 m,若双缝间距为 0.1 mm,双缝到屏的距离为 l=4.0 m,则光波的波长为()A.8.010-8 m B.5.010-7 mC.1.510-8 mD.1.610-8 m解析:条纹间距 x=-1=4.010-22m=2.010-2 m,由 x=,可得=5.010-7 m。答案:B12345
17、678-20-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 5.利用下图中的装置研究双缝干涉现象时,有下面几种说法,其中正确的是()A.将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄B.将滤光片由蓝色换成红色,从而得到波长更长的红色光,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E.去掉滤光片后,干涉现象消失解析:由 x=知,将屏移近双缝时,l 变小,x 变小,干涉条纹间距变窄,选项A 正确;滤光片由蓝变红,变大,x 变大,选项
18、 B 正确;改变单、双缝之间的距离,干涉条纹间距不受影响,选项 C 错误;当双缝间距离 d 增大时,x 变小,选项 D 正确;去掉滤光片后,干涉现象依然存在,选项 E 错误。答案:ABD12345678-21-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 6.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,装置如图所示。双缝间的距离 d=3 mm。(1)若测定红光的波长,应选用 色的滤光片。(2)若测得双缝与屏之间的距离为 0.70 m,通过测量头(与螺旋测微器原理相似,手轮转动一周,分划板前进
19、或后退0.500 mm)观察第 1 条亮纹的位置如图甲所示,观察第 5 条亮纹的位置如图乙所示,则可求出红光的波长=m。(保留一位有效数字)12345678-22-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 解析:(1)若测红光波长,则应选红色滤光片,因为红色滤光片能透过红光。(2)由题图乙可知,第 1、5 条条纹间距 s=0.642 mm所以相邻两条条纹的间距为 x=5-1=0.6424mm=0.160 mm根据 x=得=0.16010-3310-30.7m=710-7 m。答案
20、:(1)红(2)710-712345678-23-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 7.双缝干涉实验中,要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽,要采取以下办法:(1);(2);(3)。为测量红光的波长,现测得屏上 6 条亮条纹间的距离为 7.5 mm,已知双缝间的距离为 0.5 mm,双缝到屏的距离为 1 m,则此红光波长为 。解析:在双缝干涉实验中,根据公式 x=可知,要使屏上单色光的干涉条纹之间距离变宽,可以采取的办法:(1)使用波长 较长的单色光;(2)增加双缝到光
21、屏间距离或选用较长的遮光筒;12345678-24-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究(3)减小双缝之间的距离。根据测量值,计算相邻条纹间的距离x=-1=7.55mm=1.5 mm,再代入公式=求得红光波长为=0.510-31.510-31m=7.510-7 m。答案:见解析12345678-25-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 8.现有毛玻璃屏 A
22、、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)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:取下遮光筒左侧的元件,调节光源亮度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;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;用刻度尺测量双缝到屏的距离;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。在操作步骤中还应注意 和 。12345678-26-4 实验:用双缝干涉测量光的波长 DANGTA
23、NG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究(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,记下此时图乙中手轮上的示数 mm,求得相邻亮条纹的间距 x 为 mm。(4)已知双缝间距 d 为 2.010-4 m,测得双缝到屏的距离 l 为 0.700 m,由计算式=,求得所测红光波长为 mm。解析:(1)易知为 E,D,B。(2)单缝和双缝的间距为 510 cm,单缝和双缝应互相平行。(3)按螺旋测微器的读数方法知,图乙示数应是 13.870 mm。相邻亮条纹的间距 x=6-1=2.310 mm。(4)=6.610-4 mm。答案:(1)E,D,B(2)单缝和双缝间距 510 cm 使单缝与双缝相互平行(3)13.870 2.310(4)x 6.610-412345678