【三年高考两年模拟】2017年高考物理新课标一轮复习课件：第13章 第7讲 实验：用双缝干涉测光的波长

课标版 物理,第7讲 实验：用双缝干涉测光的波长,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。 实验原理 单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条 纹间的距离x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长之间 满足= 。 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。,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)接好电源,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遮光筒的轴线到达光屏。 (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510 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条亮条纹;转动手轮,使分划板中心线移动至另一亮条纹的中央,记 下此时手轮上的读数a2;将该条亮纹记为第n条亮条纹,则相邻两亮条纹间 距x= 。 (3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。 (4)重复测量、计算,求出波长的平均值。,数据处理 1.条纹间距x= 。 2.波长= x。 3.计算多组数据,求的平均值。 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。 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x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x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。,考点一 实验原理与操作 典例1 在“用双缝干涉测光的波长”实验中: (1)实验装置采用双缝干涉仪,它由各部分光学元件在光具座上组成,现准备 了下列仪器:A.光源,B.双缝片,C.单缝片,D.滤光片,E.光屏(其中双缝片和光 屏连在遮光筒上)。 把以上仪器安装在光具座上时,正确的排列顺序是 。 (2)(多选)关于本实验,正确的说法是 ( ) A.实验时应调节各器件中心共轴,并且单缝和双缝的缝应相互平行 B.观察到的白光的干涉图样是:可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮 的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一 级亮条纹中紫色在最外侧,C.看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红 黑相间或绿黑相间的干涉条纹,且红条纹的间距比绿条纹的间距大 D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数 答案 (1)ADCBE(或EBCDA) (2)ACD 解析 (1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确顺序为:光源、滤光 片、单缝片、双缝片、光屏,或把它们全部倒过来也可,因此,答案为AD- CBE或EBCDA。,(2)实验时应使各器件的中心位于遮光筒的轴线上,且使单缝与双缝平行,A 正确;白光的干涉图样是彩色条纹,中央为白色亮条纹,在第一级亮条纹中 红色在最外侧,B错误;由x= 得红条纹的间距大于绿条纹的间距,C正确; 为了减小误差,应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数,D正确。,1-1 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.没有安装滤光片 C.单缝与双缝平行 D.光源发出的光束太强,答案 A 安装实验器件时要注意使光束的中央轴线与遮光筒的轴线重 合,光源与光屏正面相对,滤光片、单缝和双缝要在同一高度,中心位置在 遮光筒轴线上,单缝与双缝要相互平行,还要使光源发出的光不要太暗,才 能使实验成功,本实验如果没有安装滤光片,则会观察到彩色干涉条纹,故 选A。,1-2 用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件: A.白炽灯 B.单缝片 C.光屏 D.双缝 E.遮光筒 F.滤光片 (其中双缝和光屏连在遮光筒上),(1)正确调节装置后,在屏上观察到红光干涉条纹,用测量头测出10条红亮条 纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,用测量头测出10条绿亮条 纹间的距离为b,则一定有a b(填“大于”、“小于”或“等 于”)。 (2)在双缝干涉实验中,滤光片的作用是 ,单缝的作用是 , 双缝的作用是 。 答案 (1)大于 (2)获得单色光 形成线光源 形成相干光源 解析 (1)由于红光的波长大于绿光的波长,根据x= 可知,红色光的干 涉条纹间距大于绿色光的干涉条纹间距,因此ab。 (2)各元件的作用为:滤光片的作用是获得单色光,单缝的作用是形成线光 源,双缝的作用是形成相干光源。,考点二 仪器读数与数据处理 典例2 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: 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;,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; 用米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)测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤时还应注意 和 。 (2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条 亮纹,此时手轮上的示数如图(a)所示。然后同方向转动测量头,使分划板中 心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图 (b)中手轮上的示数为 mm,求得相邻亮纹的间距x= mm。,(3)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算式 = ,求得所测红光的波长为 nm。 答案 (1)见解析 (2)13.870 2.310 (3) 6.6×102(或660),解析 (1)在操作步骤时还应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使 缝平行;单缝、双缝间距离大约为510 cm。 (2)图(b)读数为x2=13.5 mm+37.0×0.01 mm=13.870 mm, 图(a)读数为x1=2.0 mm+32.0×0.01 mm=2.320 mm 所以相邻亮纹间距 x= = mm=2.310 mm (3)由条纹间距离公式x= 得= ,代入数值得=6.6×10-7 m=6.6×102 nm。,2-1 用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离d的大小恰好是图 丁中游标卡尺的读数;双缝到毛玻璃间的距离大小由图丙中的毫米刻度尺 读出;实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮,把分划线对准靠近最左 边的一条亮条纹中心线(如图乙所示),并记下测量头的读数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条亮条纹并记下测量头的 读数x2(如图已所示),由以上测量数据求该单色光的波长。,答案 8.0×10-7 m 解析 根据条纹间距公式x= 可知,波长= x,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=749.5 mm=0.749 5 m,由图乙、戊、已可知,相邻两条亮条纹间的距离x= mm=2.40 0 mm=0.002 400 m,将以上数据代入得= = m8.0× 10-7 m。,2-2 2015课标,34(1),5分在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光 照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉 条纹间距x2相比,x1 x2(填“”、“=”或“ 0.300,解析 根据公式x= ,红光波长大于绿光波长,因此x1x2。根据题意, 条纹间距x= mm=2.1 mm,所以d= =3.00×10-4 m=0.300 mm。,