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【名师伴你行】2016年高考物理一轮复习(课件+练习):实验14-用双缝干涉测光的波长


选考部分
选修3-4 振动与波动 光学 相对论

实验十四 用双缝干涉测光的波长

选修3-4

振动与波动

光学

相对论

实验基础

实验操作

突破核心 好题演练

实验基础

/>网控基础点 读读有底气

选修3-4

振动与波动

光学

相对论

实验基础

实验操作

突破核心 好题演练

实验目的 和器材 实验目的

实验原理 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. 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 l 与屏的距离 l 满足的关系式为 Δx=dλ.

实验器材

选修3-4

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实验基础

实验操作

突破核心 好题演练

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.

实验 器材

甲 两次读数之差就表示这两条条纹间的距离.

乙 a . n-1

实际测量时, 要测出 n 条亮纹(暗纹)的宽度, 设为 a, 那么 Δx=

选修3-4

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实验基础

实验操作

突破核心 好题演练

实验操作
重视实验操作 提高实验技巧

选修3-4

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实验基础

实验操作

突破核心 好题演练

一、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.

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实验操作

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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.

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二、数据处理 (1)条纹间距
?a2-a1? ? Δx=? ? n-1 ?. ? ?

d (2)波长 λ= l Δx. (3)计算多组数据,求 λ 的平均值.

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三、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.

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四、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.

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突破核心
研细核心点 练透实验题

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[考点一] 实验原理与操作
[试题调研]
[调研 1] 在用双缝干涉测光的波长的实验中,请按照题目要

求回答下列问题.

(1)如图所示,甲、乙两图都是光的条纹形状示意图,其中干涉
图样是________.





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丙 (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 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)

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突破核心 好题演练

(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a所示,分划板在图中A位置 时游标卡尺如图 b所示,则其示数为 ________mm;在 B位置时游标

卡尺如图c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.

a

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b
[解析] 甲.

c

(1)光的干涉条纹是等间距的, 故题图中的干涉条纹是图

(2)根据实验原理可知,图丙中的光具座上自左向右放置的光学 元件依次为白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏,故答 案为 EDBA.

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(3)由图 b 可知 , A 位置所对应的条纹位置为 x1= 111 mm+ 2×0.05 mm=111.10 mm,由图 c 可知,B 位置所对应的条纹位置为 x2-x1 x2=115 mm+12×0.05 mm=115.60 mm,故条纹间距 Δx= 7 l d 0.50 - ≈0.64 mm,将其代入 Δx=dλ,解得 λ= l Δx= ×0.64×10 6 m= 0.50 6.4×10-7 m.
[答案] (1)甲 (2)EDBA (3)111.10 6.4×10-7

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突破核心 好题演练

名师归纳点题破疑
l (1)明确双缝干涉条纹间距公式 Δx=dλ 中各物理量的意义, 其中 Δx 是相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距,d 是双缝之间的距离,l 是双缝到屏的距离,λ 为光在真空中的波长. (2) 熟记求解相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离的公式 Δx =
?a2-a1? ? ? ? n-1 ?中各物理量的意义. ? ?

a1 是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上 的读数,将该条纹记为第 1 条亮纹;a2 是转动手轮,使分划板中心 刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,并将该条纹 记为第 n 条亮纹.

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实验操作

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[类题练熟]
1-1.(2012·福建理综 )在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实
验装置如图):

(1)下列说法哪一个是错误的________. 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

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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, a 求出相邻两条亮纹间距为 Δx= n-1 (2) 测 量 某 亮 纹 位 置 时 , 手 轮 上 的 示 数 如 图 , 其 示 数 为 ________mm.

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答案:(1)A (2)1.970

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.测出 n 条亮纹间的距离 a,则相邻两条亮纹间距 a Δx= . n-1 (2)①应注意固定刻度上的半毫米刻度线是否露出. ②应注意可动刻度在读数时应估读.

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[考点二] 数据处理与误差分析
[试题调研]
[调研 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),并选用缝间距d=0.2 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.

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(1) 已知测量头主尺的最小刻度是毫米 ,游标卡尺上有 50 分 度.某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第 1 次映入眼帘的

干涉条纹如图乙(a)所示,图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. (2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻亮纹(或暗纹)间的 距离Δx=________mm;这种色光的波长λ=________nm.

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[解析]

(1)由游标卡尺的读数规则可知 x2=15.0 mm+1×0.02

mm=15.02 mm. (2)图乙(a)中暗纹与图丙(a)中相应暗纹间的间隔为 6 个,故相邻 15.02-1.16 l 暗纹间的距离 Δx= mm=2.31 mm,根据 Δx= λ 得 λ= d 6 dΔx -7 2 = 6.6 × 10 m = 6.6 × 10 nm. l
[答案] (1)15.02 (2)2.31 6.6×102

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[类题练熟]
2 - 1.(1) 激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科

学 技术 和 日 常 生活 中 应 用 广泛 . 下 面 关于 激 光 的 叙述 正 确 的是
( ) A.激光是纵波

B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C.两束频率不同的激光能产生干涉现象 D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离

c 解析:光是横波,选项 A 错;激光在介质中的波长为 λ=νn, 不同介质 n 不同,所以波长不同,选项 B 错;产生干涉的条件是频 率相同,选项 C 错;利用激光平行度好的特点可以测量月球和地球 之间的距离,选项 D 正确.

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(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 S1 和 S2 的路程差为 7.95×10

-7

m.则在这里

出现的应是 ________(填“明条纹”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________(填“变宽”、“变窄”或“不变”).

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答案:暗条纹

变宽

7.95×10-7 3 解析:(2)因为 - = ,即半波长的奇数倍,所以出现暗 5.30×10 7 2 l 条纹.根据条纹间距公式 Δx= λ,当单色光的波长变长时,条纹间 d 距变宽.

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