高中物理实验用双缝干涉测光的波长知识解读.docx

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高中物理实验用双缝干涉测光的波长知识解读

实验十五用双缝干涉测光的波长

一、考情分析

考试大纲

考纲解读

实验十五用双缝干涉测光的波长

二、考点知识梳理

实验目的：

1.明确实验器材的构成及其作用.

2.观察白光及单色光的双缝干涉图样.

3.测定单色光的波长.

实验原理：

图实14-1

1、光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到.图样中相邻两条亮（暗）纹间的距离△x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ之间满足.通过测量d、L、Δx就可计算出光的波长.

2、双缝间的距离d是已知的，双缝到屏的距离L可以用________测出，相邻两条亮（暗）纹间的距离Δx用_________（如图实14-1）测出.

测量头由______、_______、_______等构成.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_______（如图实14-2），记下此时手轮上的读数.

转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数.

两次读数________就表示这两条条纹间的距离.

实验器材：

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。

0

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。

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。

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。

答案①15.02②2.31；6.6×102