2014届高考物理人教版一轮总复习配套课件 3-4.5 实验十五：用双缝干涉测量光的波长.ppt

1、学案5 实验十五：用双缝干涉测量光的波长1.实验目的是什么？(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样。(2)测量单色光的波长。图乙图甲2.实验原理是怎样的？测量头是怎样测量条纹间距的？(1)如图甲所示，某单色光照到狭缝S上，屏上得到了平行于双缝S1、S2明暗相间的干涉条纹。相邻两条亮(暗)条纹间的距离x与入射光波的波长，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系为：x=(l/d),由此，只要测出x、d、l即可得出波长。两条相邻亮(暗)条纹间的距离x用测量头测出。(2)测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如图乙所示。转动手轮，分划板会左、右移动。测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如图

2、丙所示)，记下此时手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时，记下手轮上的刻度数a2，两次读数之差就是这两条条纹间的距离。即x=a1-a2。3.实验器材有哪些？双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺。图丙x很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条亮(暗)条纹间的距离a，再推算相邻两条亮(暗)条纹间的距离x=a/(n-1)。(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3.4-5-1所示。接好电源，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

3、能沿轴线到达光屏。安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行，二者间距为几个厘米，这时，可观察到白光的干涉条纹。在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。一、实验过程1.实验步骤(2)测量单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。使分划板中心刻线对齐某条纹的中央，记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2。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。换用不同的滤光片，重复实验。图3.4-5-1二、注意事项1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放

4、，且注意保养。2.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、双缝平行且间距适当。3.光源灯丝最好为线灯丝，并与单缝平行且靠近。4.照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节。三、误差分析1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距x带来的误差：(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)误认为x为亮(暗)条纹的宽度。(3)分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中央。(4)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。2.数据处理

5、(1)条纹间距的计算：x=a2-a1/(n-1)。(2)波长计算：(d/l)x。(3)计算多组数据，求的平均值。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，要把它们放在如图3.4-5-2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。(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C、_、A。(2)本实验的实验步骤有：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

6、旋测微器)测量数条纹间的距离。在操作步骤时还应注意_和_。图3.4-5-2图3.4-5-3(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3.4-5-3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，记下此时如图乙所示的手轮上的示数_mm,求得相邻亮纹的间距x为_mm。(4)已知双缝间距d为2.010-4m，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。本题对“用双缝干涉测光的波长”实验进行了全面考查，即考查实验原理，又考查实验器材、步骤及数据处理。(1)光源发出的光经过滤片后变成单色光，单色光经过

7、单缝后相当于线光源，再透过双缝时，双缝相当于振动情况完全相同的相干光源，双缝发出的两列相干光在光屏上叠加后形成稳定的干涉条纹，故双缝干涉仪上自左向右依次是：白光光源C、滤光片E、单缝D、双缝B和毛玻璃屏A。(2)安装光学元件时，应注意单缝和双缝间距离为5 cm10 cm，同时，单缝与双缝平行。(3)图中两测量头的示数分别为：a1=2.320 mm a2=(13.5+37.00.01)mm=13.870 mm相邻两亮条纹间距离为：x=(a2-a1)/5=(13.870-2.320)/5mm=2.310 mm (4)由x=(l/d)得：=(d/l)x红光的波长为：=(d/l)x=(2.010-4/

8、0.700)2.31010-3m6.610-7m=6.6102nm。(1)E、D、B (2)单缝和双缝间距5 cm10 cm使单缝与双缝相互平行(3)13.870 2.310 (4)(d/l)x 6.6102(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3.4-5-6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。在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图3.4-5-4所示。(1)以线状白炽灯为光源，对实验装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

9、度与双缝宽度有关D.干涉条纹间距与光的波长有关以上几点中你认为正确的是_。(2)当测量头中的分划板中心线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图3.4-5-5所示，该读数为_mm。大于图3.4-5-4图3.4-5-6图3.4-5-5A C D0.7021.2012年高考福建理综卷在“用双缝干涉测量光的波长”实验中（实验装置如图3.4-5-7）：(1)下列说法哪一个是错误的。(填选项前的字母)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间

10、距x=a/(n-1)(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图3.4-5-8，其示数为 mm。1.970A图3.4-5-7（1）在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的形状来判定光束是否沿遮光筒的轴线传播，故A错误；因条纹宽度是指相邻亮（暗）纹中心之间的距离，故B正确；微小量累积法可有效减小测量的偶然误差，故C正确。（2）手轮上固定刻度读数为1.5 mm，可动刻度读数为47.00.01 mm，故测量结果为1.5 mm+47.00.01 mm=1.970 mm。图3.4-5-82.如图3.4-5-9所示是实验装置示意图，甲图是绿光进行实验时，光屏上观察到的条纹情况，a为中央明纹；乙图为换另一种颜色

11、的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，则下列说法正确的是()A.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明红光波长较短D.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短A图3.4-5-93.用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l75.0 cm，如图3.4-5-10甲所示，实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，则游标尺上的读数x1_mm，

12、然后再转动，直到对准第5条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标的位置如图己所示，则游标卡尺上的读数x2_mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是_mm。6.210-4图3.4-5-100.29.5图戊中双缝的位置l1_mm，毛玻璃屏的位置l2_mm,螺旋测微器的读数x1_mm,螺旋测微器的读数x7=_mm。请用以上测量的符号表示出该单色光波长的表达式_。4.用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d0.25 mm，双缝到毛玻璃屏间距离L的大小也由如图3.4-5-11中毫米刻度尺读出(如图戊所示)，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明纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图丙所示)，然后转动手轮，把分划线向右边移动，直到对准第7条明纹并记下螺旋测微器的读数x7(如图丁所示)，由以上测量数据可求得该单色光的波长。=d(x7-x1)/6(l2-l1)图3.4-5-11100.0938.00.30014.700