2019年度高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十六用双缝干涉测量光的波长同时练习使用测量头学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验十六 用双缝干涉测量光的波长 (同时练习使用测量头 ) 1.实验原理 如图 1 所示，光源发出的光，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 S1和 S2之后， S1、 S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮 (暗 )条纹间的距离 x 与入射光波长 ，双缝 S1、S2间距离 d 及双缝与屏的距离 l 有关，其关系式为： x ld ，因此，只要测出 x、 d、 l即可测出波长 . 图 1 两条相邻亮 (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，如图

2、2 所示 . 图 2 2.实验器材 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 . 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，如图 3 所示 . 图 3 【 精品教育资源文库 】 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 . 安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为 5 10 cm. 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 安装测量头，调节至可清晰观察

3、到干涉条纹 . 使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图 4 所示，记下手轮上的读数，将该条纹记为第 1 条亮条纹；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 条亮条纹，测出 n 条亮条纹间的距离 a，则相邻两亮条纹间距 x an 1. 图 4 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 . 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 条亮条纹中央时读数为 a1，在第 n 条亮条纹中央时读数为 an，则 x an a1n 1. (2)根据条纹间距与波长的关系 x l

4、d 得 dl x，其中 d 为双缝间距， l 为双缝到光屏的距离 . (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 . (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 . (3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，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亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之【 精品教育资源文库 】 差就表示这两条亮条纹间的距离 . (4)不要直接测 x，要测多条亮条纹的间距再计算得到 x，这样可以减小误差 . (

5、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 . 3.误差分析 (1)双缝到光屏的距离 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亮条纹中心 . 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 . 命题点一 教材原型实验 例 1 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 5 甲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 . 甲 图 5 (1)将白光光源 C 放

6、在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列最佳顺序应为 C、 _、 A. (2)本实验的步骤有： 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 )测量数条亮条纹间的距离 . 在操作步骤 时还应注意 _和 _. 【 精品教育资源文库 】 (3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1 条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示 .然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 6 条亮

7、条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为 _ mm，求得相邻亮条纹的间距 x 为 _ mm. (4)已知双缝间距 d 为 2.010 4 m，测得双缝到屏的距离 l 为 0.700 m，由计算式 _，求得所测红光波长为 _ nm. 答案 (1)E、 D、 B (2)见解析 (3)13.870 2.310 (4)dl x 6.610 2 解析 (1)通过滤光片获得单色光，通过单缝获得线光源，通过双缝获得相干光，故最佳顺序为 E、 D、 B. (2)单缝和双缝间距为 5 10 cm，使单缝与双缝相互平行 . (3)题图丙中固定刻度读数为 13.5 mm，可动刻度读数 为 37.00.01 mm.

8、 二者相加为 13.870 mm，图乙中的读数为 2.320 mm，所以 x 13.870 2.3206 1 mm 2.310 mm. (4)根据 x ld ，得 dl x，代入数据得 6.610 2 nm. 变式 1 (多选 )(2017 全国卷 34(1) 在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样 .若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是 ( ) A.改用红色激光 B.改用蓝 色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动 答案 ACD 解析 根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距 x ld 可知，要使 x 增

9、大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项 A、 C、 D 正确， B、 E 错误 . 变式 2 用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离 d 的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图 6 丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；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 (如图乙所示 )，并记下螺旋测微器的读数 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 条亮条纹并记下螺旋测微器的读数 x2(如图己所示 )，由以上测量数据求【 精品教育资源文库 】 该单色光的波长 .(

10、结果保留两位有效数字 ) 图 6 答案 8.010 7 m 解析 根据条纹间距公式 x ld 可知，波长 dl x，代 入题目提供的数据就可求解，由题图 丁可直接读 出 d 0.25 mm 0.000 25 m，双缝到屏的距离由题图丙读出 l 74.90 cm 0.749 0 m.由题图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离 x 14.700 0.3006 mm 2.400 mm 0.002 400 m. 将以上数据代入得 d xl 0.000 250.002 4000.749 0 m8.010 7 m. 命题点二 实验拓展与创新 例 2 (2015 全国卷 34(1) 在双缝干涉实验中，分别

11、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 “ ”). 若实验中红光的波长为 630 nm，双缝与屏幕的距离为 1.00 m，测得第 1 条到第 6 条亮条纹中心间的距离为 10.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm. 答案 0.3 解析 双缝干涉条纹间距 x ld ，红光波长较长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即 x1 x2.相邻条纹间距 x 10.5 mm5 2.1 mm 2.110 3 m，根据 x ld 可得 d l x 0.3 mm. 变式 3 1801 年，托马斯 杨用双缝干涉实验研究了光波的性质， 1834 年，洛埃利用平面【 精品教育资源文库 】 镜同样得到了杨氏干涉的结果 (称洛埃镜实验 ). 图 7 (1)洛埃镜实验的基本装置如图 7 所示， S 为单色光源， M 为平面镜，试用平面镜成像作图法画出 S 经平面镜反射后的光与直线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 . 答案 见解析 解析 (1)如图所示 (2) x Ld ，因为 d 2a，故 x L2a .