《浙江专版2022年高中物理第十三章光第4节实验用双缝干涉测量光的波长讲义含解析新人教版选修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江专版2022年高中物理第十三章光第4节实验用双缝干涉测量光的波长讲义含解析新人教版选修3（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浙江专版2022年高中物理第十三章光第4节实验用双缝干涉测量光的波长讲义含解析新人教版选修3 一、实验目的1观察白光及单色光的双缝干涉图样。2掌握用公式x测定单色光的波长的方法。二、实验原理1相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离x与入射光波长之间的定量关系推导如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1r1，PS2r2。在线段PS2上作PMPS1，则S2Mr2r1，因dl，三角形S1S2M可看做直角三角形。有：r2r1dsin (令S2S1M)另：xltan lsin 由得r2r1d，若P处为亮纹，则dk
2、(k0,1,2，)，解得：xk(k0,1,2，)，相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距：x。2测量原理在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距x，即可由公式x计算出入射光波长的大小。3测量x的方法测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，测量时先转动测量头，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(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离x。三、实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双
3、缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。四、实验步骤1器材的安装与调整(1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如图所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把光屏照亮。(2)将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图所示，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央。2观察双缝干涉图样(1)调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在510 cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干
4、涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮。在屏上就会看到白光的双缝干涉图样。(2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹。(3)在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的位置，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干涉条纹的亮度，使条纹更加清晰，如图所示。五、数据处理1转动手轮，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a1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距x。2用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)。3将测得的l
5、、x代入x求出光的波长。4多次重复上述步骤，求出波长的平均值。5换用不同的滤光片，重复上述实验。六、注意事项1放置单缝和双缝时，必须使缝平行。2要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。3测量头的中心刻线要对着亮(或暗)纹的中心。4要多测几条亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求x。5照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。七、误差分析1测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。2测条纹间距x带来的误差。(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。(2)分划板刻线与干涉条
6、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离时读数不准确。实验操作及读数典例1(福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)：(1)下列说法哪一个是错误的_。(填选项前的字母)A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心对齐C为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距x(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为_mm。解析(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，首先应取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束直接沿遮光筒轴线把屏照亮，故
7、选项A错误；根据实验操作原理，可知选项B、C正确。(2)示数为1.5 mm47.00.01 mm1.970 mm。答案(1)A(2)1.970实验数据的处理典例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，如图所示，并选用缝间距d0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。(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，第一次映入眼帘的干涉条纹如图甲(a)所示，图甲(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图甲(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接
8、着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，此时图乙(b)中游标尺上的读数x2_ mm。(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x_ mm；这种色光的波长_ mm。解析(1)由题图乙(b)可知x215.02 mm；(2)由题图甲、乙可知，两位置之间的亮条纹数为6，所以条纹间距x2.31 mm；又因x，所以6.6104 mm。答案(1)15.02(2)2.316.6104创新设计实验典例3如图所示为“双棱镜干涉”实验装置，其中S为单色光光源，A为一个顶角略小于180的等腰三角形棱镜，P为光屏。S位于棱镜对称轴上，屏与棱镜底边平行。调节光路，可在屏上观察到干涉条纹。这
9、是由于光源S发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时，两个分别位于图中S1和S2相干光源所发出的光的叠加(S1和S2的连线与棱镜底边平行)。已知S1和S2的位置可由其他实验方法确定，类比“双缝干涉测波长”的实验，可以推测出若要利用“双棱镜干涉”测量光源S发出的单色光的波长时，需要测量的是什么？解析由x知，若要测单色光波长，则需要测出S1与S2间的距离d，S1或S2到光屏的距离l，干涉条纹间距x。答案S1与S2间的距离，S1或S2与光屏间的距离，干涉条纹间距课堂对点巩固1用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是()A相邻干涉条纹之间的距离相等B中央亮条纹宽度是两边亮条纹宽度的2倍C屏与双缝之间
10、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解析：选A因为相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离x，其中d为双缝间距离，l为双缝到屏的距离，为光波波长。对于同一单色光，干涉条纹间距相等，A正确，C错误；因为红蓝，所以x红x蓝，故D错误；干涉条纹的各亮条纹的间距相等，故B错误。2在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm。某同学正确操作后，在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹。换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的_(填字母)，此时测量头
11、的读数为25.70 mm。沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是_ mm，紫光的波长等于_nm。解析：题图甲为红光的干涉条纹，换成紫光，光的波长变短，根据公式x可知，干涉条纹间距变小，故D正确；游标卡尺的主尺读数为19 mm，游标尺为80.05 mm0.40 mm，所以读数为19.40 mm；由公式x可得波长为，其中x mm，带入数据得波长为420 nm。答案：D19.4042031801年，托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃德利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃德镜实验)。(1)洛埃德镜实验的基本装置如图所
12、示，S为单色光源，M为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离x的表达式。解析：(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出S在镜中的像，画出边缘光线，范围如图所示。此范围即为相交区域。(2)由杨氏双缝干涉实验中干涉条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系式x，又因为d2a，所以x。答案：(1)见解析图(2)x课时跟踪检测十四一、选择题1(多选)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
13、不到干涉图样，这可能是因为()A光源发出的光束太强B单缝与双缝不平行C没有安装滤光片D光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大解析：选BD安装双缝干涉仪要做到：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、双缝要处在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，光源发出的光束不能太暗。综上所述，应选B、D。2用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说法中正确的有()A如果增大单缝到双缝间的距离，x将增大B如果增大双缝之间的距离，x将增大C如果增大双缝到光屏之间的距离，x将增大D如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变
14、双缝间的距离，x将增大解析：选C由公式x可知，当两缝间的距离增大时，条纹间距将减小；增大双缝到屏之间的距离，条纹间距将增大。而A、D两个选项的变化不会引起条纹间距的变化。只有C正确。3在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两亮条纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为()A2.06107 mB2.06104 mC1.68104 m D1.68103 m解析：选C根据双缝干涉图样的相邻两亮条纹间距公式x，可得：d m1.68104 m，选项C正确，A、B、D错误。4.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图(甲)所示的条纹，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B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源解析：选B根据条纹间距公式x可知，若增大条纹间距，可以采取的措施有：换用波长更长、频率更低的单色光源，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离l，故选项B正确。二、非选择题5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
