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1、物理 人教版 实验十五 用双缝干涉测量光的波长 第十二章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 基本实验要求 1 实验原理 基础回放 要点整合 如实验原理图甲所示，电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再 经过单缝 S 时发生衍射，这时单缝 S 相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝 S 1 和 S 2 之后， S 1 、S 2 双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条明 ( 暗 ) 条纹间的距离 x 与入射光波长 ，双缝 S 1 、 S 2 间距离 d 及双缝与屏的距离 l 有关，其关系式为： x 因此，只要测出 x 、 d 、 l
2、 即可测出波长 . 两条相邻明 ( 暗 ) 条纹间的距离 x 用测量头测出测量头由分划板、目镜、手轮等构成如实验原理图乙所示 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 基础回放 要点整合 双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测 量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺 2 实验器材 3 实验步骤 ( 1) 观察双缝干涉图样 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如实验原理图丁所示 接好光源，打开开关，使灯丝正常发光 调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏 安装双缝和单缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约
3、5 10 在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 基础回放 要点整合 ( 2) 测定单色光的波长 安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹 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，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；将该条纹记为第 n 条亮纹，测出 n 个亮条纹间的距离 a ，则相邻两亮条纹间距 x 1. 用刻度尺测量双缝到光屏间距离 l ( d 是已知的 ) 重复测量、计算，求出波长的平均值 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 基础回放 要点整合
4、规律方法总结 1 数据处理 ( 1) 条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第 1 条亮纹中央时读数为a 1 ，在第 n 条亮纹中央时读数为 a n ，则 x a n a 1n 1 . ( 2) 根 据条纹间距与波长的关系 x 得 x ，其中 d 为双缝间距， l 为双缝到屏的距离 ( 3) 测量时需测量多组数据，求 的平均值 2 注意事项 ( 1) 调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 基础回放 要点整合 3 误差分析 ( 2) 放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上
5、 ( 3) 调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读 数之差就表示这两条纹间的距离 ( 4) 不要直接测 x ，要测多个亮条纹的间距再计算得 x ，这样可以减小误差 ( 5) 白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层 ( 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： 干涉条纹没有调整到最清晰的程度 误认为 x 为亮 ( 暗 ) 条纹的宽度 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 测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此
6、间距中的条纹数未数清 . 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 考点一 对实验操作的考查 课堂探究 考点突破 【 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. 毛玻璃 ( 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) 关于本实验，正确的说法是 ( ) A 实验时应调节各器件共轴，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
7、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 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 课堂探究 考点突破 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、双缝、光屏，或把它们全部倒过来，因此，答案为 A D C B E 或 D A . ( 2) 实验时应使光源、单缝、双缝的中心位于遮光筒的轴线上，且使单缝与双缝平行，
8、光的干涉图样是彩色条纹，中央为白色亮纹，在第一级亮条纹中红色在最外侧， B 错由 x 红条纹的间距大于绿条纹间距， C 正确为了减少误差，应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数， D 正确 答案 ( 1) A D 或 E A ( 2) 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 课堂探究 考点突破 考点二 对仪器读数和数据处理的考查 【 例 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 1 甲 ) ，并选用缝间距 d 0 . 2 m m 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 7 0 0 m m . 然后，接通电源使光源正常
9、工作 图 1 ( 1 ) 已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有 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 1 . 1 6 m m ；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 _ _ _ _ _ _ m m ； ( 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 x _ _ _ _ _ _ _ _ m m ；这种色光的波长 _ _ _ _ _ _ _ _ n m . 基 础
10、回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 课堂探究 考点突破 答案 ( 1) 15 ( 2) 2. 3 1 6. 6 10 2 解析 ( 1) 主尺读数为 1 5 m m ，游标尺读数为 1 m m m m ，二者相加可得读数为 m m . ( 2) 由于图中数字标记的是暗条纹，首先应根据暗条纹所标数字给亮条纹也标明条数，若图乙 ( a) 中的中央刻线所对亮条纹记为第 1 条，则图丙 ( a) 中，中央刻线所对亮纹为 n 7 ，则 x x 2 x 1n 1 m m ，光的波长 x 6. 6 102n m . 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 课堂探究 考点突破 【 例 3 】 在观
11、察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起， 在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图 2 所示的方法，让激光束通过自制的双缝 ( 1) 保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝 的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距 _ _ _( 选填 “ 越 图 2 大 ” 或 “ 越小 ” ) ； ( 2) 保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距 _ _( 选填 “ 越大 ” 或 “ 越 小 ” ) ； ( 3) 在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时 _ _( 选填 “ 大 ” 或
12、“ 小 ” ) 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 课堂探究 考点突破 答案 ( 1) 越大 ( 2) 越大 ( 3) 小 解析 ( 1) 由 x 可知 d 越小， x 越大 ( 2) 由 x 可知， l 越大， x 越大 ( 3) 由 x 可知，因蓝色光的波长比红色光的波长小，故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 随堂训练 能力达标 2 3 4 5 6 1 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 1 利用图 3 中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法中正确的是 ( ) 图 3 A 将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄
13、B 将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C 将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D 换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 随堂训练 能力达标 2 3 4 5 6 1 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 解析 由条纹间距公式 x d 指双缝间距离， l 是双缝到屏的距离，可知： A 项中l 减小 ， x 变小； B 项中 变大， x 变大； D 项中 d 变大， x 变小故 A 、 B 、 D 正确 答案 A B D 随堂训练 能力达标 2 3 4 5 6 1 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 2 在观察光的双缝干涉现象的实验中： ( 1) 将激光束照在图 4 乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的 _ _ 图 4 ( 2) 换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到
