第四章 4 实验：用双缝干涉测量光的波长公开课.docx

4实验：用双缝干涉测量光的波长学习目标1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理2学会安装实验器材，并能进行正确的实验 操作、测量光的波长.明确原理提炼方法一、实验器材图1所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、 测量头.另外，还有学生电源、导线、刻度尺等.双缝干涉的实验装置图1二、实验思路光源发出的光经滤光片（装在单缝前）、单缝、双缝后在双缝右边的空间发生干涉.可以在毛玻璃屏上观察到干涉条纹，并由计算出波长.三、物理量的测量（双缝间的距离d）L /的测量：双缝到屏的距离/可以用刻度尺测出.2.心的测量：相邻两条亮条纹间的距离Ar用测量头测出.测量头的构成：分划板、目镜、手轮等.（2）使用：使分划板的中心刻线与某一条亮条纹的中心对齐（图2）,记下此时手轮上的读数转动测量头,使分划板中心刻线与第条亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。2.相邻两条亮条纹间的距离.四、实验步骤1.将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图3所示. 解析(1)题图甲中手轮的固定刻度读数为0 mm,可动刻度读数为0.01 X4.5 mm = 0.045 mm, 所以最终读数%i=0.045 mm.题图乙中手轮的固定刻度读数为14.5 mm,可动刻度读数为0.01义3.5 mm=0.035 mm, 那么 X2= 14.535 mm.2k - 广X2xi 14.5350.045相邻两壳条纹的间距Ax=-mm=2.07 mm(2)根据Ax=" 知待测光的波长dx 0.3 X10-3X 2.07 X10"3I=T=900 X10-3m = 690X 10 m.8. (2020.唐山一中高二第二学期期中)在用双缝干涉测量光的波长的实验中，请按照题目要求 回答以下问题：iiiiiiiiiiiF(a)(b)(c)CTl 12 13cm8位置(d)(f)图9(1)如图9(a)、(b)两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是.将下表中的光学元件放在图(C)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.(填写元件代号)(3)该装置中双缝间距d=0.50 mm,双缝到光屏的距离/=0.50 m,在光屏上得到的干涉 图样如图(d)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图(e)所示，那么其示数办=mm； 在8位置时游标卡尺如图所示，那么相邻两条亮条纹间距-=mm.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.(5)假设改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将(填“变大”“不变”或“变小”).答案 (a) Q)EDBA (3)111.15 0.60 (4)6.0 X10-7 (5)变小镇1 双-£缝一 L 单一 一=一 片光 - 滤 一透镜光一 一镇1 双-£缝一 L 单一 一=一 片光 - 滤 一透镜光一 一遮光筒毛玻璃屏日.图32 .接好光源，翻开开关，使灯丝正常发光.3 .调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.4 .安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5 10cm,这时可观察白光的干涉条纹.5 .在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.6 .测量双缝到屏的距离/和相邻两条亮条纹间的距离.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，并求出相应的波长.五、考前须知.双缝干涉仪是比拟精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件.1 .滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去.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、 双缝平行且竖直，间距大约510 cm.3 .调节的基本依据：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所 致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行.4 .测量头在使用时应使中心刻线对应着亮（暗）条纹的中心.5 .光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近.精析典题提升能力一、实验原理与操作例 现有毛玻璃屏4、双缝从白光光源C、单缝。和透红光的滤光片石等光学元件，要 把它们放在如图4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.图4将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的 字母排列顺序应为C、A本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；按合理的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；用刻度尺测量双缝到屏的距离；用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮条纹间的距离.在操作步骤时还应注意 和.答案（1）£ D B （2）放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当解析（1）滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝。是获取线光源，双缝8是获得相干 光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以表示各光学元件的字母排列顺序为：。、£、。、3、 A.例（2）在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距 离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心位于遮光筒的轴线上.（多项选择）在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中（实验装置如图5）,以下说法正确的 是（）簪透镜滤光片单缝双缝遮光筒图5A.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.测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐C.为了减小测量误差，可用测量头测出条亮条纹间的距离求出相邻两条亮条纹间距Aran 1D.某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方法是改用蓝光作为 入射光 答案BC解析 调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误；测 量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐，故B正确；条亮条纹之间有一1个间距，相邻两条亮条纹的间距故C正确；某同学用黄光作为 n 1入射光，根据以=）可知，为了增大干涉条纹的间距，应采用波长大于黄光的红光或橙光,不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光，故D错误.例二、实验数据的处理 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，备有以下仪器:A.白炽灯B.双缝C.单缝D.滤光片E.光屏把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是.（填写字母代号）双缝到光屏之间的距离/=500 mm,双缝之间的距离4=0.50 mm,单缝到双缝之间的 距离s= 100 mm,某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心 刻线对准A亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准3亮条纹的中心，前后 两次游标卡尺的读数如图6所示.那么入射光的波长2=m（结果保存两位有效数字）.图6实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善方法有.A.改用波长较长的光（如红光）作为入射光B.增大双缝到屏的距离C.增大双缝到单缝的距离D.增大双缝间距答案（l）ADCBE （2）6.4Xl（f7 （3）AB解析（2）游标卡尺读数精确度为0.1 mm,A位置主尺读数为11 mm,游标尺读数为1X0.1 mm = 0.1 mm,读数为 xi = ll mm+0.1 mm= 11.1 mm,同理3位置读数为X2=15.6 mm,XoX那么相邻条纹间距-0.64 mm,那么 A=yAx=6.4X 10-7m.由Ax='可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光、增大双缝到屏的距离或减小双缝间距，故A、B正确.针对训练 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，调节测量头的位置，使分划板中心刻 线对齐某亮条纹的中心，如图7所示，此时手轮的读数是 mm.转动测量头，使分划板中心刻线向一侧移动到另一条亮条纹中心位置，再读出一组数.假设实验测得4条亮条纹中 心间的距离人工二。%。mm.双缝间距d=1.5 mm,双缝到屏的距离/=100 cm,那么对应的 光波的波长为2=cm.图7答案 1.180 4.8X10-5解析 根据手轮的读数规那么，读数为1 mm+ 18.0X0.01 mm= 1.180 mm;相邻亮条纹间距Ax' 0.960 mm_qj2q mmj J根据Ax，=）,/ Ay7代入数据解得2=厂/ Ay7代入数据解得2=厂=4.8 X 10-7m=4.8X 10-5cm.随堂演练逐点落实1.（多项选择X2021.天津实验中学月考）利用如图8所示的实验装置研究双缝干涉现象并测量光的 波长，以下说法正确的有（）月誓T遮光筒屏I 11 11 11 11-r =T3 II II II II图8A.实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝B.将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D.测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大答案AB解析滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作 用是形成相干光源，其排列顺序合理，故A正确；将滤光片由紫色换成红色，波长2变长， 根据双缝干涉条纹的间距公式Ax=/知，条纹间距Ax增大，故B正确；将单缝向双缝移动 一小段距离后，由心=夕可知，Ax与此距离无关，故干涉条纹间距不变，故C错误；测量 过程中，把5个条纹间距数成6个，导致Ax变小，那么波长测量值偏小，故D错误.2. （2019全国卷H）某同学利用图9所示装置测量某种单色光的波长.实验时，接通电源使光 源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹.回答以下问题：图9假设想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可；A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝假设双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为/,测得第1条暗条纹到第条暗条纹之间的距离 为Ax,那么单色光的波长2=；某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗 条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.那么所测单色光的波长为 nm（结果保存3位有效数字）.d'tx答案（1）B （2） （3）630（一1）/解析（1）假设想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式 =%可知， 需要减小双缝到屏的距离/或增大双缝间的距离d,故B项正确，A、C、D项错误.A r /Ar（2）由题意可知，等=夕，解得人=产七.n 1 an 1）/（3）将条件代入公式解得2=630 nm.课时对点练1.（多项选择）某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉 图样，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.没有安装滤光片C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强答案AC解析 安装实验器材时要注意：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、单缝和双缝中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成 功.当然还要使光源发出的光束不要太暗.综上所述，可知选项A、C正确.2 .（2020厦门外国语学校高二第二学期期中）某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察 到如图1甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示.他改变的实验 条件可能是（）乙图1A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源答案B解析 改变条件后相邻亮条纹之间的间距变大，由公式可知，要使Ax增大，可增大双缝到光屏之间的距离/, C错；减小双缝之间的距离d, B对；换用波长更长，即频率更低 的单色光源，D错；改变光源到单缝的距离不会改变Ax, A错.3 .（多项选择）关于“用双缝干涉测量光的波长”的实验，正确的说法是（）A.实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行B.观察到的白光的干涉图样是：在视野中可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零 级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最 外侧C.看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑 相间的干涉条纹，且红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹间距大D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数 答案ACD.如图2所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下面问题：AB/ 叼 ”CD图2如果A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用 图样表示最合适.如果将产生B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用 图样表示最合适.如果将产生A图样的双缝到屏的距离变小，那么得到的图样用 图样表示最合适.(4)如果将A图样的装置从空气移入水中，那么得到的干涉图样用 图样表示最合适.答案(1)C (2)D (3)C (4)C解析光源由红光换成紫光时，义变小，根据公式Ax=不可知，相应Ax也变小，应选C;双缝距离d减小时，Ax变大，应选D;双缝到屏的距离/变小，得到的图样的Ax变小，应选C;将装置从空气移入水中时，波长2减小，Ax也减小，应选C.4 .(2020.厦门一中高二下学期期中)某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验时，第一 次分划板中心刻线对齐第2条亮条纹的中心时(如图3甲中的A),游标卡尺的示数如图乙所 示，第二次分划板中心刻线对齐第6条亮条纹的中心时(如图丙中的B),游标卡尺的示数如 图丁所示.双缝间距d=0.5 mm,双缝到屏的距离/= 1m,那么：图3(1)图乙中游标卡尺的示数为 cm.(2)图丁中游标卡尺的示数为 cm.所测光波的波长为 m(保存两位有效数字).答案 1.250 1.775 (3)6.6X10-7.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉仪按要求安装在光具座上，如图4 所示，从仪器注明的规格可知，双缝间距d=0.20 mm.现测得屏与双缝间的距离/=60.0 cm. 然后，接通电源使光源正常工作.单缝J-1双缝图4(1)测量头主尺的最小刻度是毫米(mm),游标尺上有50个分度.某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，干涉条纹如图5所示，他将分划板上的中心刻线对准，条纹，此时游标卡尺上的读数为即= 3.60 mm；接着再转动手轮，将分划板上的中心刻线对准屋条纹，此时游标卡尺上的读数如图6所示，那么x2=mm.两个相邻亮条纹（或暗条纹）间距离的表达式为ZU=（用林及表示）；这种色光的 波长的表达式2=（用Ax、I、d表示）.利用上述测量结果，代入数据计算可得2= m（保存三位有效数字）.答案 11.60 里U 孑Ax 6.67 X10-7解析（1）游标卡尺的主尺读数为11 mm,游标尺读数为0.02 mmX6X5 = 0.60 mm,所以最 终读数为X2= 11.60 mm.X） X两个相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离,根据 Ax=，l,得 2=，,代入数据解得2g6.67X 10-7 m.5 .（2020山东罗庄临沂十八中高二月考）如图7所示是用双缝干涉测量光的波长的实验装置示 意图，图中是光源、是滤光片、是单缝、是双缝、是光屏.甲甲乙转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，读出手轮的读数如图8甲所 示.继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第8条亮条纹，读出手轮的读数如图乙所示.那么 相邻两亮条纹的间距是 mm（结果保存三位有效数字）.（2）在（1）前提下，如果已经量得双缝的间距是0.30 mm,双缝和光屏之间的距离是900 mm, 那么待测光的波长是 m（结果保存三位有效数字）.答案（1）2.07（2）6.90X10-7