2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十四章 實驗十六 用雙縫干涉測光的波長講義(含解析)教科版.docx
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實驗十六 用雙縫干涉測光的波長 1.實驗原理 如圖1所示,光源發(fā)出的光,經(jīng)過濾光片后變成單色光,再經(jīng)過單縫S時發(fā)生衍射,這時單縫S相當(dāng)于一個單色光源,衍射光波同時到達(dá)雙縫S1和S2之后,S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個步調(diào)完全一致的單色相干光源,相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長λ,雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關(guān),其關(guān)系式為:Δx=λ,因此,只要測出Δx、d、l即可測出波長λ. 圖1 兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出.測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,如圖2所示. 圖2 2.實驗器材 雙縫干涉儀,即:光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭,另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺. 3.實驗步驟 (1)觀察雙縫干涉圖樣 ①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如圖3所示. 圖3 ②接好光源,打開開關(guān),使燈絲正常發(fā)光. ③調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達(dá)光屏. ④安裝單縫和雙縫,盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上,使單縫與雙縫平行,二者間距約為5~10cm. ⑤在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋.(2)測定單色光的波長 ①安裝測量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋. ②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央,如圖4所示,記下此時手輪上的讀數(shù),將該條紋記為第1條亮條紋;轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央,記下此時手輪上的讀數(shù),將該條紋記為第n條亮條紋,測出n條亮條紋間的距離a,則相鄰兩亮條紋間距Δx=. 圖4 ③用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l(d是已知的). ④重復(fù)測量、計算,求出波長的平均值. 1.數(shù)據(jù)處理 (1)條紋間距的計算:轉(zhuǎn)動測量頭的手輪,分劃板中心刻線在第1條亮條紋中央時讀數(shù)為a1,在第n條亮條紋中央時讀數(shù)為an,則Δx=. (2)根據(jù)條紋間距與波長的關(guān)系Δx=λ得λ=Δx,其中d為雙縫間距,l為雙縫到光屏的距離. (3)測量時需測量多組數(shù)據(jù),求λ的平均值. 2.注意事項 (1)調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時,要注意調(diào)整光源的高度,使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮. (2)放置單縫和雙縫時,縫要相互平行,中心大致位于遮光筒的軸線上. (3)調(diào)節(jié)測量頭時,應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對齊,記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對齊,記下此時手輪上的讀數(shù),兩次讀數(shù)之差就表示這兩條亮條紋間的距離. (4)不要直接測Δx,要測多條亮條紋的間距再計算得到Δx,這樣可以減小誤差. (5)白光的干涉觀察到的是彩色條紋,其中白色在中央,紅色在最外層. 3.誤差分析 (1)雙縫到光屏的距離l的測量存在誤差. (2)測條紋間距Δx帶來的誤差: ①干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度. ②誤認(rèn)為Δx為亮條紋的寬度. ③分劃板中心刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于亮條紋中心. ④測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準(zhǔn)確,此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清. 命題點(diǎn)一 教材原型實驗 例1 現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在如圖5甲所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長. 甲 圖5 (1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表示各光學(xué)元件的字母排列最佳順序應(yīng)為C、________、A. (2)本實驗的步驟有: ①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮; ②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上; ③用米尺測量雙縫到屏的距離; ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離. 在操作步驟②時還應(yīng)注意________和________. (3)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊,將該亮條紋定為第1條亮條紋,此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊,記下此時圖丙中手輪上的示數(shù)為______mm,求得相鄰亮條紋的間距Δx為______mm. (4)已知雙縫間距d為2.010-4m,測得雙縫到屏的距離l為0.700m,由計算式λ=________,求得所測紅光波長為________nm. 答案 (1)E、D、B (2)見解析 (3)13.870 2.310 (4)Δx 6.6102 解析 (1)通過濾光片獲得單色光,通過單縫獲得線光源,通過雙縫獲得相干光,故最佳順序為C、E、D、B、A. (2)單縫和雙縫間距為5~10cm,使單縫與雙縫相互平行. (3)題圖丙中固定刻度讀數(shù)為13.5 mm,可動刻度讀數(shù)為37.00.01 mm.二者相加為13.870 mm,題圖乙中的讀數(shù)為2.320mm,所以Δx=mm=2.310mm. (4)根據(jù)Δx=λ,得λ=Δx,代入數(shù)據(jù)得λ=6.6102nm. 變式1 (多選)(2017全國卷Ⅱ34(1))在雙縫干涉實驗中,用綠色激光照射在雙縫上,在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣.若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距,可選用的方法是( ) A.改用紅色激光 B.改用藍(lán)色激光 C.減小雙縫間距 D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動 E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動 答案 ACD 解析 根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx=λ可知,要使Δx增大,可以增大波長或增大雙縫到屏的距離或縮小雙縫間的距離,所以選項A、C、D正確,B、E錯誤. 變式2 用某種單色光做雙縫干涉實驗時,已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖6丁中游標(biāo)卡尺的讀數(shù);雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小由圖丙中的毫米刻度尺讀出;實驗時先移動測量頭(如圖甲所示)上的手輪,把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊的一條亮條紋中心(如圖乙所示),并記下手輪上的讀數(shù)x1(如圖戊所示),然后轉(zhuǎn)動手輪,把分劃線向右移動,直到對準(zhǔn)第7條亮條紋中心并記下手輪上的讀數(shù)x2(如圖己所示),由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖6 答案 8.010-7m 解析 根據(jù)條紋間距公式Δx=λ可知,波長λ=Δx,由題圖丁可直接讀出d=0.25 mm=0.000 25 m,雙縫到屏的距離由題圖丙讀出l=74.90 cm=0.749 0 m.由題圖乙、戊、己可知,兩條相鄰亮條紋間的距離Δx=mm=2.400mm=0.002400m. 將以上數(shù)據(jù)代入得λ==m≈8.010-7m. 命題點(diǎn)二 實驗拓展與創(chuàng)新 例2 在雙縫干涉實驗中,分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫,在雙縫后的屏幕上,紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比,Δx1____Δx2(填“>”“=”或“<”).若實驗中紅光的波長為630nm,雙縫與屏幕的距離為1.00m,測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5mm,則雙縫之間的距離為________mm. 答案?。尽?.3 解析 雙縫干涉條紋間距Δx=λ,紅光波長較長,所以紅光的雙縫干涉條紋間距較大,即Δx1>Δx2.相鄰條紋間距Δx==2.1mm=2.110-3m,根據(jù)Δx=λ可得d==0.3mm. 變式3 1801年,托馬斯楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì),1834年,洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗). 圖7 (1)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖7所示,S為單色光源,M為平面鏡,試用平面鏡成像作圖法畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直線發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域. (2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L,光的波長為λ,在光屏上形成干涉條紋,寫出相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間距離Δx的表達(dá)式. 答案 見解析 解析 (1)如圖所示 (2)Δx=λ,因為d=2a,故Δx=λ.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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