《（新教材）20版物理人教版高二上选择性必修第一册学案：主题3 4 实验：用双缝干涉测量光的波长》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（新教材）20版物理人教版高二上选择性必修第一册学案：主题3 4 实验：用双缝干涉测量光的波长（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 实验 用双缝干涉测量光的波长实验 用双缝干涉测量光的波长 一 实验目的一 实验目的 1 了解光波产生稳定干涉图样的条件 了解光波产生稳定干涉图样的条件 2 观察白光及单色光的双缝干涉图样 观察白光及单色光的双缝干涉图样 3 掌握用公式 掌握用公式 x 测定波长的方法 测定波长的方法 l d 4 会用测量头测量条纹间距离 会用测量头测量条纹间距离 二 实验原理二 实验原理 1 相邻明纹相邻明纹 暗纹暗纹 间的距离间的距离 x 与入射光波长与入射光波长 之间的定量关系推导之间的定量关系推导 如图所示 双缝间距如图所示 双缝间距 d 双缝到屏的距离 双缝到屏的距离 l 双缝双缝 S1 S2的连线
2、的中垂线与屏的交点为的连线的中垂线与屏的交点为 P0 对屏上与对屏上与 P0距离距离 为为 x 的一点的一点 P 两缝与 两缝与 P 的距离的距离 PS1 r1 PS2 r2 在线段在线段 PS2上作上作 PM PS1 则 则 S2M r2 r1 因 因 d l 三角形 三角形 S1S2M 可看作直角三角可看作直角三角 形 有 形 有 r2 r1 dsin 令令 S2S1M 则 则 x ltan lsin 有 有 r2 r1 d x l 若若 P 处为亮纹 则处为亮纹 则 d k k 0 1 2 x l 解得 解得 x k k 0 1 2 l d 相邻两亮纹或暗纹的中心距离 相邻两亮纹或暗纹的
3、中心距离 x l d 2 测量原理测量原理 由公式由公式 x 可知 在双缝干涉实验中 可知 在双缝干涉实验中 d 是双缝间距 是已知的 是双缝间距 是已知的 l 是双是双 l d 缝到屏的距离 可以测出 那么 只要测出相邻两明条纹缝到屏的距离 可以测出 那么 只要测出相邻两明条纹 或相邻两暗条纹或相邻两暗条纹 中心中心 间距间距 x 即可由公式 即可由公式 x 计算出入射光波长的大小 计算出入射光波长的大小 d l 3 条纹间距条纹间距 x 的测定的测定 如图甲所示 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 测量时先转动测量头 如图甲所示 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 测量时先转动测量头 让分划板
4、中心刻线与干涉条纹平行 然后转动手轮 使分划板向左让分划板中心刻线与干涉条纹平行 然后转动手轮 使分划板向左 向右向右 移动至移动至 分划板的中心刻线与条纹的中心对齐 如图乙所示记下此时读数 再转动手轮 分划板的中心刻线与条纹的中心对齐 如图乙所示记下此时读数 再转动手轮 用同样的方法测出用同样的方法测出 n 个亮纹间的距离个亮纹间的距离 a 可求出相邻两亮纹间的距离 可求出相邻两亮纹间的距离 x a n 1 三 实验器材三 实验器材 双缝干涉仪双缝干涉仪 包括 光具座 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏及测包括 光具座 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏及测 量头 其中测量头又包括
5、分划板 目镜 手轮等量头 其中测量头又包括 分划板 目镜 手轮等 学生电源 导线 米尺 学生电源 导线 米尺 四 实验步骤四 实验步骤 1 按图所示安装仪器 按图所示安装仪器 2 将光源中心 单缝中心 双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上 将光源中心 单缝中心 双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上 3 使光源发光 在光源和单缝之间加红 使光源发光 在光源和单缝之间加红 绿绿 色滤光片 让通过后的条形光斑色滤光片 让通过后的条形光斑 恰好落在双缝上 通过遮光筒上的测量头 仔细调节目镜 观察单色光的干涉条恰好落在双缝上 通过遮光筒上的测量头 仔细调节目镜 观察单色光的干涉条 纹 撤去滤光片 观察白光的干涉
6、条纹纹 撤去滤光片 观察白光的干涉条纹 彩色条纹彩色条纹 4 加装滤光片 通过目镜观察单色光的干涉条纹 同时调节手轮 分划板 加装滤光片 通过目镜观察单色光的干涉条纹 同时调节手轮 分划板 的中心刻线对齐某一条纹的中心 记下手轮的读数 然后继续转动使分划板移动 的中心刻线对齐某一条纹的中心 记下手轮的读数 然后继续转动使分划板移动 直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心 记下此时手轮读数和移过分划板中心直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心 记下此时手轮读数和移过分划板中心 刻度线的条纹数刻度线的条纹数 n 5 将两次手轮的读数相减 求出 将两次手轮的读数相减 求出 n 条亮纹间的距离条亮纹间的距
7、离 a 利用公式 利用公式 x 算出条纹间距 然后利用公式 算出条纹间距 然后利用公式 x 求出此单色光的波长 求出此单色光的波长 d 仪器仪器 a n 1 d l 中已给出 中已给出 l 可用米尺测出可用米尺测出 6 换用另一滤光片 重复步骤 换用另一滤光片 重复步骤 3 4 5 并求出相应的波长 并求出相应的波长 五 误差分析五 误差分析 本实验为测量性实验 因此应尽一切办法减少有关测量的误差 本实验为测量性实验 因此应尽一切办法减少有关测量的误差 1 双缝到屏的距离双缝到屏的距离 l 的测量误差的测量误差 因本实验中双缝到屏的距离非常长 因本实验中双缝到屏的距离非常长 l 的测量误差不太
8、大 但也应选用毫米的测量误差不太大 但也应选用毫米 刻度尺测量 并用多次测量求平均值的办法减小相对误差 刻度尺测量 并用多次测量求平均值的办法减小相对误差 2 测条纹间距测条纹间距 x 带来的误差带来的误差 1 干涉条纹没有调到最清晰的程度 干涉条纹没有调到最清晰的程度 2 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 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 3 测量多条亮条纹间距时读数不准确 测量多条亮条纹间距时读数不准确 六 注意事项六 注意事项 1 单缝 双缝应相互平行 其中心大致位于遮光筒的轴线上 双缝到单缝 单缝 双缝应相互平行 其中心大致位于遮光筒的轴
9、线上 双缝到单缝 距离应相等 距离应相等 2 测双缝到屏的距离 测双缝到屏的距离 l 可用米尺测多次取平均值 可用米尺测多次取平均值 3 测条纹间距 测条纹间距 x 时 用测量头测出时 用测量头测出 n 条亮条亮 暗暗 纹间的距离纹间的距离 a 求出相邻的 求出相邻的 两条亮两条亮 暗暗 纹间的距离纹间的距离 x a n 1 实验探究实验探究 1 实验操作过程及仪器读数实验操作过程及仪器读数 例例 1 在在 用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长 实验中实验中 实验装置如图所示实验装置如图所示 1 下列说法哪一个是错误的下列说法哪一个是错误的 填选项前的字母填选项前的字母 A 调节光源高度使
10、光束沿遮光筒轴线照在屏中心时 应放上单缝和双缝 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 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 心对齐心对齐 C 为了减少测量误差 可用测微目镜测出 为了减少测量误差 可用测微目镜测出 n 条亮纹间的距离条亮纹间的距离 a 求出相邻 求出相邻 两条亮纹间距两条亮纹间距 x a n 1 2 测量某亮纹位置时 手轮上的示数如图所示 其示数为测量某亮纹位置时 手轮上的示数如图所示 其示数为 mm 解析 解析 1 放上单缝和双缝后放上单缝和双缝后 由于发生干
11、涉现象没法调节光源的高度由于发生干涉现象没法调节光源的高度 故故 A 项错误 项错误 2 按读数规则按读数规则 读出示数为 读出示数为 1 5 mm 47 0 0 01 mm 1 970 mm 答案 答案 1 A 2 1 970 实验探究实验探究 2 实验数据处理实验数据处理 例例 2 利用双缝干涉测定单色光波长 某同学在做该实验时 第一次分利用双缝干涉测定单色光波长 某同学在做该实验时 第一次分 划板中心刻度对齐划板中心刻度对齐 A 条纹中心时条纹中心时 图甲图甲 游标卡尺的示数如图丙所示 第二次分 游标卡尺的示数如图丙所示 第二次分 划板中心刻度对齐划板中心刻度对齐 B 条纹中心时条纹中心
12、时 图乙图乙 游标卡尺的示数如图丁所示 已知双缝 游标卡尺的示数如图丁所示 已知双缝 间距为间距为 0 5 mm 从双缝到屏的距离为 从双缝到屏的距离为 1 m 则图丙中游标卡尺的示数为 则图丙中游标卡尺的示数为 mm 图丁游标卡尺的示数为图丁游标卡尺的示数为 mm 在实验中 所测单色光的波长为在实验中 所测单色光的波长为 m 在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片 那么在光 在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片 那么在光 屏上将屏上将 选填选填 能能 或者或者 不能不能 看到明暗相间的条纹 看到明暗相间的条纹 解析 解析 根据游标卡尺的原理根据游标卡尺的原理 可读出图丙的示
13、数为可读出图丙的示数为 11 4 mm 图丁的示数是 图丁的示数是 16 8 mm y mm 1 35 mm 又根据又根据 y 则则 6 75 10 7 16 8 11 4 4 l d d y l m 当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时 不满足干涉条件不满足干涉条件 故不能看到明故不能看到明 暗相间的条纹 暗相间的条纹 答案 答案 11 4 16 8 6 75 10 7 不能不能 建议用时 建议用时 45 分钟分钟 1 某同学用单色光进行双缝干涉实验 在屏上观察到如图甲所示的条纹 某同学用单色光进行双缝干涉实验 在屏上观察到如图甲所示的条纹 仅改变一个实验
14、条件后 观察到的条纹如图乙所示 他改变的实验条件可能是仅改变一个实验条件后 观察到的条纹如图乙所示 他改变的实验条件可能是 A 减小光源到单缝的距离 减小光源到单缝的距离 B 减小双缝之间的距离 减小双缝之间的距离 C 增大双缝到光屏之间的距离 增大双缝到光屏之间的距离 D 换用频率更高的单色光源 换用频率更高的单色光源 E 换用频率更低的单色光源 换用频率更低的单色光源 解析 解析 根据根据 x 其中其中 l 是双缝到光屏之间的距离是双缝到光屏之间的距离 d 是双缝之间的距离是双缝之间的距离 l d 是波长是波长 又又 B C E 选项正确 选项正确 c f 答案 答案 BCE 2 用单色光
15、做双缝干涉实验 在光屏上某点 用单色光做双缝干涉实验 在光屏上某点 P 从中央 从中央 O 点开始计数 点开始计数 P 点恰好为第三条亮纹 现改用波长较短的单色光照射 其他的条件不变 那么不点恰好为第三条亮纹 现改用波长较短的单色光照射 其他的条件不变 那么不 可能的是可能的是 A P 处仍为第三条亮纹处仍为第三条亮纹 B P 处可能是第四条亮纹处可能是第四条亮纹 C P 处可能是第二条亮纹处可能是第二条亮纹 D 若将光屏向双缝移近一些 在 若将光屏向双缝移近一些 在 P 处可能看到第二条亮纹处可能看到第二条亮纹 E 中央 中央 O 点仍为亮纹点仍为亮纹 解析 解析 波长短波长短 双缝到双缝到
16、 P 点光程差不变点光程差不变 故故 A C 不可能 若将光屏向双缝不可能 若将光屏向双缝 移近一些移近一些 条纹间距变小条纹间距变小 故故 D 不可能 不可能 答案 答案 ACD 3 1 备有下列仪器 备有下列仪器 A 白炽灯 白炽灯 B 双缝 双缝 C 单缝 单缝 D 滤光片 滤光片 E 白色光屏 白色光屏 把以上仪器装在光具座上时 正确的排列顺序应该是 把以上仪器装在光具座上时 正确的排列顺序应该是 填写字母代填写字母代 号号 2 已知双缝到光屏之间的距离已知双缝到光屏之间的距离 L 500 mm 双缝之间的距离 双缝之间的距离 d 0 50 mm 单缝到双缝之间的距离单缝到双缝之间的距离 s 100 mm 某同学在用测量头测量时 调整手轮 在测 某同学在用测量头测量时 调整手轮 在测 量头目镜中先看到分划板中心刻线对准量头目镜中先看到分划板中心刻线对准 A 亮条纹的中心 然后他继续转动 使分亮条纹的中心 然后他继续转动 使分 划板中心刻线对准划板中心刻线对准 B 亮条纹的中心 前后两次游标卡尺的读数如图所示 则入射亮条纹的中心 前后两次游标卡尺的读数如图所示 则入射 光的波长光
