4實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉測(cè)量光的波長用雙縫干涉測(cè)量光的波長一、實(shí)驗(yàn)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,如圖所示。(2)接好光源,閉合開關(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)出的光能沿軸線到達(dá)屏。(4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫平行,兩者間距為510 cm,這時(shí)可觀察到白光的干涉條紋。(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(cè)定單色光的波長(1)安裝測(cè)量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。(2)使分劃板的中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央,如圖所示。記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線移至另一亮條紋的中央,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2,得出n個(gè)亮條紋間的距離為a=|a2-a1|,則相鄰兩亮條紋間距 (3)用刻度尺測(cè)量雙縫到毛玻璃屏的距離l(d是已知的)。(4)重復(fù)測(cè)量、計(jì)算,求出波長的平均值。(5)換用不同的濾光片,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。三、注意事項(xiàng)1.放置單縫和雙縫時(shí),必須使縫平行,間距大約為510 cm。2.要保持光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一條軸線上。3.測(cè)量頭的中心刻線要對(duì)應(yīng)著亮(或暗)條紋的中心。4.要多測(cè)幾個(gè)亮紋(或暗紋)中心間的距離,再求x。5.調(diào)節(jié)的基本依據(jù):照在毛玻璃屏上的光很弱,主要是燈絲與單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋不清晰一般主要是單縫與雙縫不平行所致。四、誤差分析實(shí)驗(yàn)中的雙縫間距d是器材本身給出的,因此本實(shí)驗(yàn)要注意l和x的測(cè)量。光波的波長很小,l、x的測(cè)量對(duì)波長的影響很大。1.l的測(cè)量:l用毫米刻度尺測(cè)量,可多次測(cè)量求平均值。2.條紋間距x的測(cè)定:x利用測(cè)量頭測(cè)量。用“累積法”測(cè)n條亮紋間距,再求 ,并且采用多次測(cè)量求x的平均值的方法進(jìn)一步減小誤差。探究一探究二探究探究一對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置及原理的考查對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置及原理的考查【例題1】 在“用雙縫干涉測(cè)光的波長”實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如圖):(1)下列說法錯(cuò)誤的是。(填選項(xiàng)前的字母)A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時(shí),應(yīng)放上單縫和雙縫B.測(cè)量某條干涉亮紋位置時(shí),應(yīng)使測(cè)微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對(duì)齊C.為了減少測(cè)量誤差,可用測(cè)微目鏡測(cè)出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條亮紋間距 探究一探究二(2)測(cè)量某亮紋位置時(shí),手輪上的示數(shù)如圖,其示數(shù)為 mm。 解析:(1)應(yīng)先調(diào)節(jié)光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項(xiàng)A不正確。測(cè)微目鏡分劃板中心刻線應(yīng)與亮紋中心對(duì)齊,使得移動(dòng)過程測(cè)出的條紋間距較為準(zhǔn)確,選項(xiàng)B正確。測(cè)微目鏡移過n條亮紋,則亮條紋間距 選項(xiàng)C正確,故選A。(2)主尺讀數(shù)是1.5 mm,螺旋讀數(shù)是47.00.01 mm,因此示數(shù)為1.970 mm。答案:(1)A(2)1.970探究一探究二變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號(hào)38190092如圖是用雙縫干涉儀測(cè)光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖:(1)圖中是光源,是光屏,它們之間的依次是、和。 (2)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離()A.增大和之間的距離B.增大和之間的距離C.將紅色濾光片改為綠色濾光片D.增大雙縫之間的距離探究一探究二解析:(1)題圖實(shí)驗(yàn)設(shè)備中依次是濾光片、單縫、雙縫。(2)由公式 知,在一定的情況下,要使x增大,必須增大l或者減小d或者改用波長更長的單色光,所以選項(xiàng)B正確。答案:(1)見解析(2)B探究一探究二探究探究二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析【例題2】 在“用雙縫干涉測(cè)光的波長”實(shí)驗(yàn)中,將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用縫間距d=0.20 mm 的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離l=700 mm。然后,接通電源使光源正常工作。(1)已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后,從測(cè)量頭的目鏡看去,第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號(hào),此時(shí)圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1=1.16 mm;接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時(shí)圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2=mm;探究一探究二(2)利用上述測(cè)量結(jié)果,經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋(或暗紋)間的距離x=mm;這種色光的波長=nm。 甲 乙 丙 探究一探究二探究一探究二變式訓(xùn)練2導(dǎo)學(xué)號(hào)38190093雙縫干涉測(cè)光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100 mm,雙縫與屏的距離l2=700 mm,雙縫間距d=0.25 mm。用測(cè)量頭來測(cè)量亮紋中心的距離。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板左右移動(dòng),讓分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)亮紋的中心(如圖乙所示),記下此時(shí)手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭,使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)另一條亮紋的中心,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。 探究一探究二探究一探究二(1)分劃板的中心刻線分別對(duì)準(zhǔn)第1條和第4條亮紋的中心時(shí),手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,則對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)x1= mm,對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)x2= mm。 (2)寫出計(jì)算波長的表達(dá)式,=(用符號(hào)表示),= m。 解析:(1)讀數(shù)x1=2 mm+0.0119.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.0137.0 mm=7.870 mm。1 2 3 4 5 61.某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于()A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度C.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強(qiáng)解析:光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干涉圖樣。選項(xiàng)A、C正確。答案:AC1 2 3 4 5 62.某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后,觀察光的干涉現(xiàn)象,獲得成功。若他在此基礎(chǔ)上對(duì)儀器的安裝有如下改動(dòng),則仍能使實(shí)驗(yàn)成功的是()A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)少許,其他不動(dòng)B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動(dòng)C.將單縫向雙縫移動(dòng)少許,其他不動(dòng)D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動(dòng)解析:干涉條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動(dòng)光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動(dòng)情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干涉的條件,故D錯(cuò)誤。答案:ABC1 2 3 4 5 63.某次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得第一級(jí)亮條紋和第三級(jí)亮條紋相距4.010-2 m,若雙縫間距為0.1 mm,雙縫到屏的距離為l=4.0 m,則光波的波長為()A.8.010-8 mB.5.010-7 mC.1.510-8 mD.1.610-8 m答案:B1 2 3 4 5 64.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190094(1)如圖所示,在“用雙縫干涉測(cè)光的波長”實(shí)驗(yàn)中,光具座上放置的光學(xué)元件依次為光源、遮光筒、光屏。 (2)已知雙縫到光屏之間的距離l=500 mm,雙縫之間的距離d=0.50 mm,單縫到雙縫之間的距離s=100 mm,某同學(xué)在用測(cè)量頭測(cè)量時(shí),調(diào)整手輪,在測(cè)量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)A條亮紋的中心,然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)B條亮紋的中心,前后兩次游標(biāo)卡尺的讀數(shù)如圖所示。則入射光的波長= m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 1 2 3 4 5 6(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)條紋太密,難以測(cè)量,可以采用的改進(jìn)辦法有。 A.改用波長較長的光(如紅光)作為入射光B.增大雙縫間距C.增大雙縫到單縫的距離D.增大雙縫到屏的距離1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 65.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)定激光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進(jìn)入一個(gè)一端裝有雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒,感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點(diǎn),圖乙中的黑點(diǎn)代表亮點(diǎn)的中心位置。(1)通過測(cè)量相鄰亮點(diǎn)的距離可算出激光的波長,據(jù)資料介紹,如果雙縫的縫間距離為a,雙縫到感光片的距離為l,感光片上相鄰兩亮點(diǎn)間的距離為b,則激光的波長=。 該同學(xué)測(cè)得l=1.000 0 m、縫間距a=0.220 mm,用帶十分度游標(biāo)的卡尺測(cè)感光片上的亮點(diǎn)的距離時(shí),尺與亮點(diǎn)的中心位置如圖乙所示。(圖中黑點(diǎn)表示亮點(diǎn)的中心)圖乙中第1到第4個(gè)光點(diǎn)的距離是 mm。 實(shí)驗(yàn)中激光的波長= m。(保留兩位有效數(shù)字)(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅激光換成藍(lán)激光,屏上相鄰兩光點(diǎn)間的距離將。 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 66.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190095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,要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測(cè)量紅光的波長。(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)元件的字母排列順序應(yīng)為C,A。 1 2 3 4 5 6(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟:取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源亮度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;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;用刻度尺測(cè)量雙縫到屏的距離;用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮條紋間的距離。在操作步驟中還應(yīng)注意和。 1 2 3 4 5 6(3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對(duì)齊,將該亮條紋定為第1條亮條紋,此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對(duì)齊,記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)mm,求得相鄰亮條紋的間距x為mm。 (4)已知雙縫間距d為2.010-4 m,測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700 m,由計(jì)算式=,求得所測(cè)紅光波長為mm。 1 2 3 4 5 6