高中物理实验用双缝干涉测光的波长知识解读Word文档下载推荐.docx
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双缝干涉仪、米尺、测量头.
三、考点知识解读
剖析:
(一)、实验步骤:
①、观察双缝干涉图样:
1.如图实14-3所示,把直径约10cm、长约1m的遮光简水平放在光具座上,筒的一端装有双缝,另一端装有毛玻璃屏.
图实14-3
2.取下双缝,打开光源,调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.
3.放好单缝和双缝,单缝和双缝间的距离约为5cm~10cm,使缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样.
4.在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的双缝干涉图样.
5.分别改变滤光片和双缝,观察干涉图样的变化.
②测定单色光的波长:
6.已知双缝间的距离
,用米尺测出双缝到屏的距离
,用测量头测出相邻两条亮(暗)纹间的距离
,由
,算单色光的波长.为了减小误差,可测出
条亮纹(暗)纹间的距离
,则可以求出相邻两条亮(暗)纹间的距离
.
例如,转动测量头上的手轮,把分划板上的刻线对准视场左边的某一亮条纹(记下读数
),把分划板向右移动,使之对齐第7条亮条纹(记下读数
),则
.
图实14-4
7.换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹间距的变化,并求出相应色光的波长.
(二)、注意事项:
1.单缝双缝应相互平行,其中心位于遮光筒的轴线上,双缝到单缝的距离应相等.
2.测双缝到屏的距离,可用米尺测多次取平均值.
3.测条纹间距
时,用测量头测出
条亮(暗)纹间的距离
,求出相邻的两条明(暗)纹间的距离
4.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆解遮光筒,测量头等元件。
5.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去。
6.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、双缝平行。
7.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。
8.调节的基本依据是:
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线所致,干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致,故应正确调节。
(三)、数据处理方法
单色光波长的求解:
范例:
用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离
的大小恰好是图实14-5中游标卡尺的读数,双缝到毛玻璃屏间的距离
的大小也由图实14-6中毫米刻度尺读出.实验时先移动测量头上的手轮,把分化线对准靠近最左边的一条明条纹(如图实14-7所示),并记下螺旋测微器的读数
(如图实14-8所示),然后转动手轮,把分划线向右边移动,直到对准第7条明条纹并记下螺旋测微器的读数
(如图实14-9所示),试由以上测量数据求该单色光的波长.
图实14-8
图实14-9
图实14-7
由图实14-5读得所用双缝间距d=0.25mm.
图实14-6中双缝的位置
,毛玻璃屏的位置
,则双缝到屏的间距
图简谱14-8和图14-4-9中手轮的初始读数为
,转动手轮,分划板中心刻线移动到第7条线时手轮读数
,则相邻亮条纹间的距离
(四)、误差来源及分析
1.光波的波长很小,
、
的测量对波长
的影响很大.
2.在测量
时,一般用毫米刻度尺,而测量
时,用千分尺.
3.多次测量求平均值减小偶然误差.
[例题]
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,要把它们放在图实14-10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.
遮光筒
⑴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C、_________、A.
图实14-10
⑵本实验的步骤有:
①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;
②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;
③用米尺测量双缝到屏的距离;
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意___________________和___________________.
⑶将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图实14-11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,记下此时图实14-12中手轮上的示数__________mm,求得相邻亮纹的间距Δx为__________mm.
⑷已知双缝间距d为2.0×
10-4m,测得双缝到屏的距离l为0.700m,由计算式λ=________,求得所测红光波长为__________nm.
【思路点拨】
⑴滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是获取点光源,双缝屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏.所以排列顺序为:
⑵在操作步骤②时应注意的事项有:
放置单缝、双缝时,必须使缝平行;
单缝、双缝间的距离大约为5cm—10cm;
要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上.
⑶螺旋测微器的读数应该:
先读整数刻度,然后看半刻度是否露出,最后看可动刻度,读数为13.870mm.图中读数为2.320mm,所以相邻条纹间距:
⑷由条纹间距公式
得:
,代入数值得:
【变式训练】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(如图实14-131),并选用缝间距d=0.2mm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=700mm。
然后,接通电源使光源正常工作。
图实14-13
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2(a)所示,图2(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图2(b)中游标尺上的读数x1=1.16mm;
接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图3(a)所示,此时图3(b)中游标尺上的读数x2=;
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
=mm;
这种色光的波长
=nm。
解析:
由游标卡尺的读数规则可知x2=15.0mm+1×
0.02mm=15.02mm;
图2(a)中暗纹与图3(a)中暗纹间的间隔为6个,故
△x=(x2-x1)/6=(15.02-1.16)/6=2.31mm;
由△x=Lλ/d可知λ=d△x/L=0.20mm×
2.31mm/700mm=6.6×
102nm。
四、考能训练
A基础达标
1.在做双缝干涉实验时,若在双缝后各放置一个偏振片,当两个偏振片的透振方向相互垂直时()
A.光屏上仍有干涉条纹,但亮条纹的亮度减小
B.光屏上仍有干涉条纹,但亮条纹的亮度增大
C.干涉条纹消失,但仍有光照射到光屏上
D.干涉条纹消失,光屏上一片黑暗
2.关于双缝干涉测光的波长实验,下列说法正确的是()
A.滤光片放在单缝与双缝之间
B.测量∆
时,分划板刻线竖直放置
C.从第1条到第n条亮纹中央距离为
,则相邻亮条纹间距为
D.换用不同滤光片后应调节单、双缝间距才能看到干涉条纹
3.用单色光做双缝干涉实验,下列说法正确的是()
A.相邻干涉条纹之间距离相等
B.中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍
C.屏与双缝之间距离减小,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
4.某同学在做双缝干涉实验时,按要求安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,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
5.如图实14-14所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为①光源、②______、③______、④______、⑤遮光筒、⑥光屏.对于某种单色光,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取____________或_____________的方法.
6.在用双缝干涉测光的波长的实验中,准备了下列仪器:
A.白炽灯B.双窄缝片C.单窄缝片D.滤光片E.毛玻璃光屏
(1)把以上仪器安装在光具座上,自光源起合理的顺序是(填字母)_______________.
(2)在某次实验中,用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹,其中亮纹
的位置利用测量头上的分划板确定,如图所示.其中表示
纹位置(图实14-14)的手轮读数为____________mm,
纹位置(图实14-15)的手轮读数为_____________mm.
(3)如果上述实验中双缝与光屏间距为0.500m,所用的双窄缝片是相距0.18mm规格的双窄缝片,则实验中所用单色光的波长为__________μm.(结果保留3位有效数字)
7.如图实14-16所示,某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐
条纹中心时(图a),游标卡尺的示数为0.20cm,第二次分划板中心刻度线对齐
条纹中心时(图b),游标卡尺的示数如图c所示,已知双缝间距离为0.2mm,从双缝到屏的距离为0.75m.则图c中游标卡尺的示数为____________cm,所测光波的波长为____________nm.
8.
(1)如图实14-17所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏.对于某种单色光,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取或的方法。
图实14-17
9.用双缝干涉测光的波长.实验装置如图实14-18所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100mm,双缝与屏的距离L2=700mm,双缝间距d=0.25mm.用测量头来测量亮纹中心的距离.测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图实14-19所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数.
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图实14-20所示,则对准第1条时读数x1=_______mm、对准第4条时读数x2=_______mm
(2)写出计算波长λ的表达式,λ=_________(用符号表示),λ=_____nm
10.在用双缝干涉测光的波长的实验中:
⑴已知双缝到光屏之间的距离是600mm,双缝之间的距离是0.20mm,单缝到双缝之间的距离是100mm,某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数如图实14-21左图所示。
然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心,这时手轮上的示数如图实14-21右图所示。
这两次示数依次为_______mm和______mm。
由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为_______nm。
1015
0510
2530
图实14-21
⑵一下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离
A.增大单缝和双缝之间的距离
B.增大双缝和光屏之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
图实14-22
11.(20年上海物理)如图实14-22为双缝干涉的实验示意图,若要使干涉条纹的间距变大可改用长更___________(填长、短)的单色光,或是使双缝与光屏间的距离___________(填增大、减小)。
五、宽乘高
(2020年北京卷21.)
(1)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),并选用缝间距d=0.2mm的双缝屏。
【解析】由游标卡尺的读数规则可知x2=15.0mm+1×
图2(a)中暗纹与图3(a)中暗纹间的间隔为6个,故△x=(x2-x1)/6=(15.02-1.16)/6=2.31mm;
答案①15.02②2.31;
6.6×
102
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