第4节 实验用双缝干涉测量光的波长Word文档下载推荐.docx

1、（k0,1,2，）相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：x。2光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹。如果用白光通过单缝和双缝可以观察到彩色条纹。3若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹或暗纹间的距离用x表示，则入射光的波长为实验中d是已知的，测出l、x即可求出光的波长。三、实验器材双缝干涉仪（包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等），另外还有学生电源、导线、米尺。四、实验步骤1观察双缝干涉图样（1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次

2、安放在光具座上，如图所示。（2）接好电源，打开开关，使灯丝正常发光。（3）调节光源的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮。（4）安装单缝和双缝，使单缝与双缝相互平行，二者间距约510 cm，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。（5）在单缝和光源间放上滤光片，就可见到单色光的双缝干涉图样。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化。撤去滤光片，观察白光的干涉条纹。2测定单色光的波长（1）安装滤光片和测量头，调节至通过目镜可清晰观察到干涉条纹。（2）如图甲所示，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中心，如图乙所示，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板

3、中心刻线对齐另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量时移过的亮条纹数n，则相邻两亮条纹间距x（3）用米尺测量双缝到光屏间的距离l（d是已知的）。（4）然后利用公式求出此单色光的波长，重复测量、计算，求出该单色光的波长的平均值。（5）换用不同颜色的滤光片，重复上述（1）（4）步骤，观察干涉条纹间距的变化，并求出相应的波长。课堂任务测量过程获取数据仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：安装实验装置时需要注意什么？提示：安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝互相平行。活动2：实验中单缝、双缝和光屏的作用分别是什么？用单缝获得线

4、光源，通过单缝的光把双缝照亮，获得相干光，光屏的作用是呈现干涉条纹。活动3：用单色光做实验时，观察到的干涉条纹有何特点？明暗相间，亮条纹等宽、等间距。活动4：测量条纹间距的工具是什么？如何进行操作？如何得到两条纹间的距离？测量头。测量时，转动手轮，分划板会左右移动。使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离。分析数据得出结论用同一个实验装置做双缝干涉实验时，加装不同的滤光片，实验结果有什么不同？为什么？实验发现，在同一装置上，加装不同的滤光片，用不同颜色的光做双缝干涉实

5、验，所产生的干涉条纹的相邻两个亮条纹的间距不同，亮条纹的位置也有所不同，如图所示。这是由于加装不同的滤光片，得到的单色光的波长不同。由相邻两条亮纹或暗纹间的距离x可知，单色光波长不同，相邻两个亮条纹的间距也不同；由光程差为半波长的偶数倍处为亮条纹，光程差为半波长的奇数倍处为暗条纹可知，波长不同，亮条纹的位置也会有所不同。如果直接用白光（不加装滤光片）做实验，看到的干涉条纹是怎样的？如何解释看到的现象？中央亮条纹的中央是白色的，两侧是彩色的。其原因是白光中含有七种不同颜色的光，而不同颜色的单色光波长不同，根据x，不同颜色光的相邻条纹间距不同，所以干涉条纹的中央亮纹的中央是白色的，两侧是彩色的。测

6、出n个亮条纹间的距离a，如何算出相邻两个亮条纹的间距？相邻两个亮条纹间的距离x测得相邻两个亮条纹间距为x，双缝间距为d，单缝与双缝的距离为l1，双缝到屏的距离为l2，则对应的单色光的波长是多少？根据双缝干涉条纹的间距公式x，解得光波波长活动5：测量单色光的波长时，实验误差来源于哪些方面？根据，双缝间的距离d已知，故误差主要来源于双缝到屏的距离l、以及相邻两条亮纹间的距离x的测量。活动6：如何减小l的测量误差？因双缝到屏的距离较长，应选用米尺测量l，并用多次测量求平均值的办法减小误差。活动7：如何减小测量相邻两条亮纹间的距离x的误差？（1）将干涉条纹调到最清晰的程度；（2）分划板中心刻线须与干涉

7、条纹调至平行，且使中心刻线位于条纹中心；（3）测出n个亮条纹间的距离a，然后取平均值求出相邻两亮条纹间的距离x，即x典例探究提升能力例现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在下图所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量某单色光的波长。（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，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为：_。（2）本实验的步骤有：取下遮光筒左侧除光源之外的元件，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；用测量头测量数条亮条纹间

8、的距离。在操作步骤时还应注意_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为_ mm，求得相邻亮纹的间距x为_ mm。（4）已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式_，求得所测单色光波长为_ nm。规范解答（1）滤光片E的作用是从白光中获得单色光，单缝的作用是获取线光源，双缝的作用是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏。所以排列顺序为：C、E、D、B、A。（2）在操作步骤时还应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须

9、使缝平行；单缝、双缝间距离大约为510 cm。（3）测量头的读数：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度。题图甲读数为2.420 mm，题图乙读数为12.270 mm，所以相邻亮纹间距： mm1.970 mm。（4）由条纹间距公式x得：，代入数据得：5.63107 m563 nm。完美答案（1）C、E、D、B、A（2）放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间距离大约为510 cm（3）12.2701.970（4）563 1 本实验中的器材排序是考查的重点，光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏，在光具座上可从左向右排，也可以从右向左排，但任何两个元件之间的排序不能颠倒，尤其是滤光片

10、和单缝之间，要注意这一点。（2）本实验中处理数据时有三个关键：一是正确读取测量头的示数；二是明确x中各个字母的含义，特别注意要与具体的条纹结合起来进行判断；三是注意单位换算和有效数字的保留。（3）色光性质根据x，可以测出各种单色光（在空气中）的波长，再根据cf，可以算出各种单色光的频率。结合cnv，sinC，还可以算出单色光在介质中的波速、波长和全反射临界角。色光的性质总结如下：在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图所示，双缝间的距离d3 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（与螺旋测

11、微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm）观察到第1条亮纹的位置如图a所示，观察到第5条亮纹的位置如图b所示。则可求出红光的波长_ m。（保留一位有效数字）答案（1）红双缝到屏的距离ln条亮（或暗）纹间距离a（2）7107解析（1）测定红光波长选红色滤光片，因为红色滤光片能透过红光。据x知，需测双缝到屏的距离l和n条亮（或暗）纹间距离a，从而计算出相邻亮（或暗）条纹间距离x，最后算出红光的波长。（2）由题意知l0.70 m，d3 mm，a图读数为a10，b图读数为a50.650 mm，则有x1.625104 m，得 m7107 m。1（多选）如图所示是“用双缝干涉测量光的波

12、长”的实验装置示意图，图中是光源，是滤光片，是单缝，是双缝，是光屏。下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是（）A增大和之间的距离B增大和之间的距离C已知绿红，将绿色滤光片改成红色滤光片D增大双缝之间的距离答案BC解析光屏上相邻两条亮纹之间距离x，和之间的距离等于l，增大和之间的距离可增大相邻两条亮纹之间距离，B正确；将绿色滤光片改成红色滤光片，增大了入射光的波长，相邻两条亮纹之间距离增大，C正确；增大双缝之间的距离d，相邻两条亮纹之间距离减小，D错误；增大和之间的距离，不会改变相邻两条亮纹之间的距离，A错误。2（多选）某同学在做双缝干涉实验时，安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，

13、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、单缝、双缝的中心在同一高度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，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝的中心要在同一高度，且在遮光筒的轴线上，单缝与双缝要互相平行才能使实验成功。当然还要使光源发出的光束不能太暗，A、C正确。3在双缝干涉实验中，一钠灯发出波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。观察和测量图样上相邻两亮条纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距应为（）A2.06107 m B2.06104 mC1.68104 m

14、D1.68103 m答案C解析在双缝干涉实验中，相邻亮条纹间距x、双缝间距d与双缝到屏的距离l间的关系为x，则双缝间距d m1.68104 m。故C正确。4.（多选）某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是只需要将矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间（之前为空气）（如图所示，特制容器未画出），通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出矿泉水的折射率（设空气的折射率为1），则下列说法正确的是（）Ax2x1Bx2x1C该矿泉水的折射率为D该矿泉水的折射率为解析把空气换成矿泉水后，入射光的频率f不变，光在介质中的传播速度减小，根

15、据vf，可知波长减小。根据单色光双缝干涉中相邻两亮条纹间距公式x可知，对同一个装置来说，条纹间距与波长成正比，波长减小，条纹间距减小，即x2x1，A正确，B错误；因为n，所以该矿泉水的折射率为，C正确，D错误。5如图所示是用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是（）答案D解析从干涉图样可知a光的波长大于b光的波长，因此a光的频率小于b光的频率，所以b光的折射率更大；选项A应是左侧为b光，右侧为a光；选项B中射出的两光线都应与复色光平行，A、B错误。由于b光的折射率更大，所以b光的临界角更小，更

16、容易发生全反射，C错误，D正确。6“用双缝干涉测量光的波长”是光学中的一个重要实验，通过本实验测出双缝到屏间的距离l、双缝间的距离d及相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距x，就可以计算出光的波长，其公式是_。如图，把氦氖激光器及双缝干涉仪放在特制的介质折射率为的装置中，在屏上得到一干涉图样，事先测得双缝到屏间的距离为10.8米，双缝间的距离为0.44毫米，现测得7条亮条纹间的距离为9厘米，则此激光在真空中的波长为_ m。答案8.15解析由x可知，x cm1.5 cm，又n，联立以上各式并代入数据得真8.157在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。（1）以线状白炽灯为光源，对实验装

17、置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：A灯丝和单缝及双缝必须平行放置B干涉条纹与双缝垂直C干涉条纹疏密程度与双缝间距离有关D干涉条纹间距与光的波长有关以上几点正确的是_。（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为_ mm。（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距x时，测量值_（填“大于”“小于”或“等于”）实际值。答案（1）ACD（2）0.702（3）大于解析（1）实验中，灯丝和单缝及双缝必须平行放置，故A正确；干涉条纹与双缝平行，故B错误；根据干涉条纹的间距公式x知，干涉条纹疏密程

18、度及间距与双缝间距离、波长有关，故C、D正确。（2）读数为0.5 mm0.01 mm20.20.702 mm。（3）如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距x测量值偏大。8在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。（1）如图1所示，甲、乙都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_。（2）将下表中的光学元件放在图2所示的光具座上组装成“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置，并用此装置测量红光的波长。元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为_。（填写

19、元件代号）（3）已知该装置中双缝间距d0.50 mm，双缝到光屏的距离l0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图3中（a）所示，分划板中心刻线在图中A位置时游标卡尺示数如图3中（b）所示，则其读数为_ mm；在B位置时游标卡尺示数如图3中（c）所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为_ m。答案（1）甲（2）EDBA（3）111.106.4解析（1）光的干涉条纹是等间距的，故题图1中的干涉图样是甲。（2）根据实验原理可知，图2中的光具座上自左向右放置的光学元件依次为白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏，故顺序为EDBA。（3）由题图3中（b）可知，A位置所对应的游标卡尺读数为x1111 mm20.05 mm111.10 mm，由题图3中（c）可知，B位置所对应的游标卡尺读数为x2115 mm120.05 mm115.60 mm，故条纹间距x0.64 mm，将其代入x，得0.64103 m6.4