高中物理 第四章 光 第五节 用双缝干涉实验测定光的波长学案（含解析）粤教版选修3-4.doc

第五节　用双缝干涉实验测定光的波长学习目标重点难点1．能说出怎样用光的干涉测定光的波长．2．能说出决定条纹间距的因素．3．能说出双缝干涉仪中各部分的作用．重点：对用干涉法测光的波长的原理的理解．难点：对决定干涉条纹间距的因素的理解．一、实验原理双缝干涉时产生明暗相间的等间距的直条纹，条纹的间距与相干光源的波长有关，设双缝宽为d、双缝到屏间的距离为L、相干光源的波长为λ，则产生的干涉图样中相邻两条亮（或暗）条纹之间的距离Δx＝·λ，由此得λ＝，因此只要测得d、L、Δx即可测得波长．相干光源的产生使用“一分为二”的方法，用单缝取单色光，再通过双缝（单色光由滤光获得）．Δx的测量可用测量头完成，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，通过测量头可清晰看到干涉条纹，分划板上中心有刻线，以此为标准，并根据手轮的读数可求得Δx，由于Δx较小，可测出n条亮（或暗）条纹的间距a，则相邻亮条纹间的距离Δx＝．二、实验器材光具座、电源、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛屏、测量头、刻度尺．三、实验步骤1．将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏依次安放在光具座上．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，使光源灯丝发出的一束光能沿轴线到达光屏．4．安装单缝、双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10_cm．5．放上遮光筒，观察白光的干涉条纹．6．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．7．安装测量头，调节至可清晰地观察到干涉条纹．8．使分划板中心刻线对齐某条亮（或暗）条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动；记下移动的条数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之间距即n条条纹的间距．9．用刻度尺测量双缝到光屏间距离L（d是已知的）．10．重复测量、计算，求出波长的平均值．11．换用不同滤光片，重复实验．预习交流在用双缝干涉测光的波长实验中，为使光屏上相邻的条纹间距增大些，可以采取什么措施？答案：根据条纹间距的表达式Δx＝·λ可知，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离L都能达到增大条纹间距的目的．实验过程和方法1．不同颜色的单色光的干涉条纹会有什么不同？请你作出猜想，并在后面实验中验证．答案：据Δx＝λ知，不同颜色单色光的干涉条纹间距不同，波长越长，条纹间距离越大．2．在实验中，若用的是绿色滤光片，在屏上可以看到绿色干涉条纹，干涉条纹与双缝垂直还是平行？若把绿色滤光片换为红色，相邻两亮条纹中心的距离变大还是变小？这说明什么？答案：平行．条纹间距变大了，这说明红光比绿光的波长长．3．在实验中，若用白光作光源，得到的干涉图样有什么不同？中央亮纹为什么是白色？其他亮纹中为什么红色在最外侧、紫色在最内侧？答案：若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央是白色的．从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红色光的亮条纹间的宽度最大，红色在亮纹的最外侧，紫色光亮条纹间的宽度最小，紫色在亮纹的最内侧，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样就形成了彩色干涉条纹．4．在用双缝干涉测量光的波长的实验中，为什么不直接测Δx，而要通过测n个条纹的间距求出Δx?答案：相邻两条纹间距Δx是两条纹中心间的距离，这个距离比较小，测出n个条纹间的距离a，然后取平均值求出Δx，即Δx＝，有利于减小测量误差．5．学生讨论：某同学在做双缝干涉实验时，按要求安装好实验装置后，在光屏上却观察不到清晰的干涉图样，请你帮他分析出现这种情况的原因．答案：①单缝和双缝不平行．②灯丝、滤光片、单缝、双缝与遮光筒、光屏不共轴．③双缝间距离不合适．④单缝和双缝间距离不合适．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）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、__________、A．（2）本实验的实验步骤有：①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；②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；③用米尺测量双缝到屏的距离；④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②时还应注意__________和__________．（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图（甲）所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图（乙）中手轮上的示数__________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为__________mm．（4）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，由计算公式λ＝__________，求得所测红光的波长为__________ mm．点拨：本题主要考查实验原理及数据的处理方法，要注意手轮上的读数按螺旋测微器读；还有从第1条亮纹中心到第6条亮纹中心有5个Δx．答案：见解析解析：（1）双缝干涉实验所用的光学元件在光具座上的正确排序是：光源、滤光片、单缝、双缝、光屏，因此应填：E、D、B．（2）单缝与双缝的间距为5～10 cm，使双缝与单缝相互平行．（3）（甲）图的读数为2.320 mm，（乙）图的读数为13.870 mm，故Δx＝mm＝2.310 mm．（4）由Δx＝λ可得：λ＝Δx可求出λ＝×2.310×106 nm＝6.6×102 nm．1．实验时必须保证单缝和双缝平行．2．实验时必须保证灯丝、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏中心等高共轴．3．单缝和双缝间距离在5～10 cm之间为宜．4．一个条纹间距是指一个亮条纹和一个暗条纹宽度的和．5．手轮的读数与螺旋测微器读数原理相同．1．某同学在做双缝干涉时，按图安装好实验装置，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．滤光片距单缝距离太近C．单缝与双缝不平行D．光源发出的光束太强答案：AC解析：安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏相对，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，才能使实验成功，据上分析，可知选项A、C正确．2．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（　　）．A．相邻干涉条纹之间距离相等B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的两倍C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距答案：A解析：因为双缝干涉的条纹宽Δx＝λ，可见条纹宽应是相等的，A正确，B、C错，又因为λ红＞λ蓝，所以Δx红＞Δx蓝，故D错．3．在双缝干涉实验中，以下说法正确的是（　　）．A．单缝的作用是使入射光线到达双缝时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源B．若入射光是白光，像屏上产生的条纹是黑白相间的干涉条纹C．当屏上某点到双缝的光程差为入射光波长的1.5倍，该点处一定是亮条纹D．双缝干涉中亮条纹之间距离相等，暗条纹之间距离不相等答案：A解析：双缝干涉实验中，单缝的作用就是产生一个线光源，使得光到达双缝时，使透过双缝的光振动情况完全相同，形成一对相干光源，A正确；由实验现象知，入射光是白光时，屏上产生的是彩色条纹，B错误；屏上某点到双缝的光程差为入射光波长的1.5倍，即半波长的奇数倍，应为暗条纹，C错误；由Δx＝λ知，干涉条纹不管是明纹之间还是暗纹之间都是等间距的，D错误．4．如图所示，用波长为λ的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的光程差为d，则（　　）．A．距O点最近的一条暗纹必是d＝λ/2B．对屏上某点d＝nλ/2（n为正整数）时，出现暗纹C．距O点越远的点，就越容易出现暗条纹D．用各色光在同一条件下实验，波长越短，光条纹间距越小答案：AD解析：当光程差d＝nλ（n为整数）时出现亮条纹，光程差d＝（2n＋1）λ/2（n为整数）时出现暗条纹，可见，当n＝0时，d＝λ/2，所以A正确；由Δx＝Lλ/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确．5．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＝0.3 mm．（1）若测定红光的波长，应选用________色的滤光片．实验时需要测定的物理量有：____和______．（2）若测得双缝与屏之间距离为0.70 m，通过测量头观察第1条亮纹的位置如图（a）所示，观察第5条亮纹的位置如图（b）所示．则可求出红光的波长λ＝______ m．（保留一位有效数字）答案：（1）红　双缝到屏的距离L　n条亮（或暗）纹间距离a　（2）5×10－7解析：由题意知Δx＝m＝1.188×10－3 m，由知，λ＝＝×0.3×10－3 m＝5×10－7 m．任务型阅读在江苏高考英语试题中占有较大比重,考题形式以表格形和树状形为主,文章体裁以议论文、说明文为主,文章篇幅往往较长,阅读量大,但结构清晰。

该题型综合性很强,思维含量较高,答案既要忠实于原文,又要不局限于原文,原词填空题和词性、词形变换题在逐渐减少,通过归纳总结得出答案的题逐渐增多,另外还有推断作者意图和态度的考题,这必将增加该题型的难度,所以得分一直偏低5。