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(共41张PPT)
4　实验:用双缝干涉测量光的波长
实验探究 方案梳理
实验器材
双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头,其中测量头又包括分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺。
实验步骤
1.按图所示安装仪器。
2.将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。
3.使光源发光,在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片,让通过后的条形光斑恰好落在双缝上,通过遮光筒上的测量头,仔细调节目镜,观察单色光的干涉条纹,撤去滤光片,观察白光的干涉条纹(彩色条纹)。
4.加装滤光片,通过目镜观察单色光的干涉条纹,同时调节手轮,分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心,记下手轮的读数,然后继续转动使分划板移动,直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心,记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n。
6.换用另一滤光片,重复步骤3、4、5,并求出相应的波长。
注意事项
1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行。
2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。
3.测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。
4.要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,再求Δx。
5.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所致,干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。
实验热点 探究突破
热点1 实验原理与操作
典型例题
【例1】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,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置,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,由左到右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、　　　　、　　　　、　　　　、A。
E
D
B
(2)本实验的步骤如下。
①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;
②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;
③用刻度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)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意___________________________、 _________________________________ 。
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D获得线光源,双缝B获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。
热点2 数据处理与误差分析
典型例题
【例2】杨氏双缝干涉实验被誉为史上“最美”的十大物理实验之一。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,如图甲所示。
甲
(1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互_________(选填“垂直”或“平行”)放置。
(2)双缝间距为d,毛玻璃屏与双缝间的距离为L。从目镜中看到的干涉图样如图乙所示。使分划板的中心刻线对齐A亮条纹的中心,此时游标尺上的示数情况如图丙所示,其读数为_________mm。若A、B两条亮条纹中央间距为x,则所测光的波长为_________(用所给物理量的字母表示)。
乙
丙
平行
9.15

(3)若测量头中观察到的图样如图丁所示,波长的测量值_________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
丁
大于
热点3 实验探究拓展
典型例题
【例3】 小沈同学进行用双缝干涉测量波长的实验,其中部分器材如下:
A.白炽灯　　B.凸透镜　　C.单缝片
D.滤光片　　E.测量头　　F.双缝片
(1)将以上器材安装在光具座上时,自光源起合理的顺序是(填字母):A、B、　　　　、　　　　、F、E。
D
C
(2)某次观察时,透过测量头观察到了绿光的干涉条纹,但条纹的亮度很低,为了便于测量,下列方法能够使条纹亮度增加的是　　　　。
A.增加光源的功率
B.将毛玻璃换成透明玻璃
C.换一个面积更大的凸透镜
D.调节测量头的位置
AC
(3)下列图示中条纹间距表示正确的是　　　　。
C
(4)如图所示,小沈同学用光传感器做双缝干涉的实验,图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断,第一次实验中的　　　　。
A.单缝与双缝的缝距一定较大
B.光强度较小
C.光源离双缝的距离较大
D.双缝离光传感器的距离可能较小
D
解析:(1)根据用双缝干涉测量光的波长的实验中仪器的位置可知,从左向右依次为:白色光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、测量头。将以上器材安装在光具座上时,自光源起合理的顺序是:A、B、D、C、F、E。
(2)当增加光源的功率时,光的强度增强,导致亮度增加,选项A正确。将毛玻璃换成透明玻璃,不会看到亮条纹,选项B错误。将凸透镜换成一个面积更大的凸透镜,则光的强度增强,导致亮度增加,选项C正确。调节测量头的位置,亮度不变,选项D错误。
(3)干涉条纹的宽度是指一个亮条纹与一个暗条纹的宽度的和,为两个相邻的亮条纹(或暗条纹)的中心之间的距离,选项C正确,A、B、D错误。
(4)由题图可知,第一次得到的条纹间距较小,根据 可知,单缝与双缝的缝距对条纹间距无影响,选项A错误。光强度对条纹间距无影响,选项B错误。光源离双缝的距离对条纹间距无影响,选项C错误。双缝离光传感器的距离l较小,则条纹间距较小,选项D正确。
规律总结
本题的创新角度
1.利用凸透镜的聚光作用提升干涉条纹的亮度。 2.利用光传感器与计算机结合得到干涉图样光强分布图。
成 果 验 收 站
1.(多选)用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图所示,调整实验装置使屏上可以接收到清晰的干涉条纹。关于该实验,下列说法正确的是(　　)
A.若将滤光片向右平移一小段距离,
光屏上相邻两条亮条纹中心的距离增大
B.若将光屏向右平移一小段距离,光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大
C.若将双缝间的距离d减小,光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大
D.若将滤光片由绿色换成蓝色,光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大
答案:BC
2.利用双缝干涉测定单色光波长,某同学在做该实验时,第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲),游标卡尺的示数如图丙所示,第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m。图丙中游标卡
尺的示数为　　　 mm,图丁游标
卡尺的示数为　　　　 mm。
在实验中,所测单色光的波长为
　　 　　 m。
11.4
16.8
6.75×10-7
3.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光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、目镜,如图所示。
(1)M、N、P三个光学元件依次为_________。
A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝
C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝
(2)对于某种单色光,为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可采取的方法有_________。
A.减小双缝间距离 B.增大双缝间距离
C.减小双缝到屏的距离 D.增大双缝到屏的距离
(3)如果测得双缝与屏的距离为l,双缝间距为d,相邻两条亮条纹中心间的距离为Δx,写出计算波长λ的表达式为________。
A
D
4.在测量光的波长实验中,干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外,把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方射入(示意图如图甲,其中R为凸透镜的半径),从上往下看凸透镜,也可以观察到由干涉造成图乙所示的环状条纹,这些条纹叫作牛顿环。
(1)如果改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径将_________(选填“变大”“变小”或“不变”);如果换一个半径更大的凸透镜,观察到的圆环半径将_________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)采用波长为690 nm的红色激光作为单色入射光,牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为______。
A.345 nm B.690 nm
C.几微米 D.几毫米
变大
变大
A
解析:(1)当光的路程差为波长的整数倍时是亮条纹,当光的路程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹;用波长更长的光照射,则出现亮条纹的这一厚度需远离中心,则圆环的半径变大;换一个表面曲率半径更大的凸透镜,出现亮条纹的这一厚度偏移中心,知圆环的半径变大。
(2)由题意知相邻亮条纹对应的空气膜的厚度差为半个波长,故为345 nm,选项A正确,B、C、D错误。
8.在用双缝干涉测量光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上,如图甲所示。已知双缝间的距离为d,在距离双缝l处的屏上,用测量头测量条纹间宽度。
甲
(1)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乙所示;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,记下此时如图丙所示的手轮上的示数为　　　　 mm,求得相邻亮纹的间距Δx为　　　　 mm。
(2)波长的表达式λ=　　　　(用Δx、l、d表示)。
13.870
2.310

(3)若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将
　　　　(选填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)图丁为上述实验装置示意图。S为单缝,S1、S2为双缝,屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,则可以观察到O点处的干涉条纹间距将　　　　(选填“变大” “不变”或“变小”)。
丁
变小
不变

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