高中物理 第13章 光 4 實驗 用雙縫干涉測量光的波長課件 新人教版選修34

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1、4實驗實驗:用雙縫干涉測量光的波長用雙縫干涉測量光的波長一、實驗步驟1.觀察雙縫干涉圖樣(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,閉合開關(guān),使燈絲正常發(fā)光。(3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)屏。(4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫平行,兩者間距為510 cm,這時可觀察到白光的干涉條紋。(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。(2)使分劃板的中心刻線對齊某條亮條紋的中央,如圖所示。記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線移至另一

2、亮條紋的中央,記下此時手輪上的讀數(shù)a2,得出n個亮條紋間的距離為a=|a2-a1|,則相鄰兩亮條紋間距 (3)用刻度尺測量雙縫到毛玻璃屏的距離l(d是已知的)。(4)重復(fù)測量、計算,求出波長的平均值。(5)換用不同的濾光片,重復(fù)實驗。三、注意事項1.放置單縫和雙縫時,必須使縫平行,間距大約為510 cm。2.要保持光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一條軸線上。3.測量頭的中心刻線要對應(yīng)著亮(或暗)條紋的中心。4.要多測幾個亮紋(或暗紋)中心間的距離,再求x。5.調(diào)節(jié)的基本依據(jù):照在毛玻璃屏上的光很弱,主要是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋不清晰一般主要是單縫與雙縫

3、不平行所致。四、誤差分析實驗中的雙縫間距d是器材本身給出的,因此本實驗要注意l和x的測量。光波的波長很小,l、x的測量對波長的影響很大。1.l的測量:l用毫米刻度尺測量,可多次測量求平均值。2.條紋間距x的測定:x利用測量頭測量。用“累積法”測n條亮紋間距,再求 ,并且采用多次測量求x的平均值的方法進(jìn)一步減小誤差。探究一探究二探究探究一對實驗裝置及原理的考查對實驗裝置及原理的考查【例題1】 在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖):(1)下列說法錯誤的是。(填選項前的字母)A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時,應(yīng)放上單縫和雙縫B.測量某條干涉亮紋位置時,應(yīng)使測微目鏡分劃板中心

4、刻線與該亮紋的中心對齊C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條亮紋間距 探究一探究二(2)測量某亮紋位置時,手輪上的示數(shù)如圖,其示數(shù)為 mm。 解析:(1)應(yīng)先調(diào)節(jié)光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項A不正確。測微目鏡分劃板中心刻線應(yīng)與亮紋中心對齊,使得移動過程測出的條紋間距較為準(zhǔn)確,選項B正確。測微目鏡移過n條亮紋,則亮條紋間距 選項C正確,故選A。(2)主尺讀數(shù)是1.5 mm,螺旋讀數(shù)是47.00.01 mm,因此示數(shù)為1.970 mm。答案:(1)A(2)1.970探究一探究二變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號38190092如圖是用雙縫干涉儀測光的波長的實驗

5、裝置示意圖:(1)圖中是光源,是光屏,它們之間的依次是、和。 (2)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離()A.增大和之間的距離B.增大和之間的距離C.將紅色濾光片改為綠色濾光片D.增大雙縫之間的距離探究一探究二解析:(1)題圖實驗設(shè)備中依次是濾光片、單縫、雙縫。(2)由公式 知,在一定的情況下,要使x增大,必須增大l或者減小d或者改用波長更長的單色光,所以選項B正確。答案:(1)見解析(2)B探究一探究二探究探究二實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析【例題2】 在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用縫間距d=0.20

6、mm 的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離l=700 mm。然后,接通電源使光源正常工作。(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號,此時圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1=1.16 mm;接著再轉(zhuǎn)動手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2=mm;探究一探究二(2)利用上述測量結(jié)果,經(jīng)計算可得兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離x=mm;這種色光的波長=nm。 甲 乙 丙 探究一探究二探究一探究二變式訓(xùn)練2導(dǎo)學(xué)號3819

7、0093雙縫干涉測光的波長的實驗裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100 mm,雙縫與屏的距離l2=700 mm,雙縫間距d=0.25 mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準(zhǔn)亮紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)另一條亮紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù)。 探究一探究二探究一探究二(1)分劃板的中心刻線分別對準(zhǔn)第1條和第4條亮紋的中心時,手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,則對準(zhǔn)第1條時讀數(shù)x1= mm,對準(zhǔn)第4條時讀數(shù)x2= mm。 (2)寫出計算波長的表達(dá)式,=(用符號表示

8、),= m。 解析:(1)讀數(shù)x1=2 mm+0.0119.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.0137.0 mm=7.870 mm。1 2 3 4 5 61.某同學(xué)在做雙縫干涉實驗時,安裝好實驗裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于()A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度C.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強(qiáng)解析:光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干涉圖樣。選項A、C正確。答案:AC1 2 3 4 5 62.某同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后,觀察光的干涉現(xiàn)象,獲得成功。若他在此基礎(chǔ)上對儀

9、器的安裝有如下改動,則仍能使實驗成功的是()A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動少許,其他不動B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動C.將單縫向雙縫移動少許,其他不動D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動解析:干涉條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干涉的條件,故D錯誤。答案:ABC1 2 3 4 5 63.某次實驗中測得第一級亮條紋和第三級亮條紋相距4.010-2 m,若雙縫間距為0.1 mm,雙

10、縫到屏的距離為l=4.0 m,則光波的波長為()A.8.010-8 mB.5.010-7 mC.1.510-8 mD.1.610-8 m答案:B1 2 3 4 5 64.導(dǎo)學(xué)號38190094(1)如圖所示,在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中,光具座上放置的光學(xué)元件依次為光源、遮光筒、光屏。 (2)已知雙縫到光屏之間的距離l=500 mm,雙縫之間的距離d=0.50 mm,單縫到雙縫之間的距離s=100 mm,某同學(xué)在用測量頭測量時,調(diào)整手輪,在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準(zhǔn)A條亮紋的中心,然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)B條亮紋的中心,前后兩次游標(biāo)卡尺的讀數(shù)如圖所示。則入射光的波長=

11、 m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 1 2 3 4 5 6(3)實驗中發(fā)現(xiàn)條紋太密,難以測量,可以采用的改進(jìn)辦法有。 A.改用波長較長的光(如紅光)作為入射光B.增大雙縫間距C.增大雙縫到單縫的距離D.增大雙縫到屏的距離1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 65.某同學(xué)設(shè)計了一個測定激光的波長的實驗裝置如圖甲所示,激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進(jìn)入一個一端裝有雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒,感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點,圖乙中的黑點代表亮點的中心位置。(1)通過測量相鄰亮點的距離可算出激光的波長,據(jù)資料介紹,如果雙縫的縫間距離為a,雙縫到感光片的距離為l,感光片上

12、相鄰兩亮點間的距離為b,則激光的波長=。 該同學(xué)測得l=1.000 0 m、縫間距a=0.220 mm,用帶十分度游標(biāo)的卡尺測感光片上的亮點的距離時,尺與亮點的中心位置如圖乙所示。(圖中黑點表示亮點的中心)圖乙中第1到第4個光點的距離是 mm。 實驗中激光的波長= m。(保留兩位有效數(shù)字)(2)如果實驗時將紅激光換成藍(lán)激光,屏上相鄰兩光點間的距離將。 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 66.導(dǎo)學(xué)號38190095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(xué)元件,要把它們放在如圖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。(1)將白光

13、光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C,A。 1 2 3 4 5 6(2)本實驗的步驟:取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源亮度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上;用刻度尺測量雙縫到屏的距離;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。在操作步驟中還應(yīng)注意和。 1 2 3 4 5 6(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)如圖甲所示。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,記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)mm,求得相鄰亮條紋的間距x為mm。 (4)已知雙縫間距d為2.010-4 m,測得雙縫到屏的距離l為0.700 m,由計算式=,求得所測紅光波長為mm。 1 2 3 4 5 6