第四章光4.實驗：用雙縫干涉測量光的波長學(xué)習(xí)目標1.會調(diào)節(jié)各個儀器,使各儀器共軸,單、雙縫平行。(科學(xué)探究)2.能正確安裝、使用測量頭,會讀數(shù)。(科學(xué)探究)3.會用“累積法”測量亮條紋間距,進而測量光的波長。(科學(xué)探究)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)

單色光的顏色與濾光片顏色相同,白光經(jīng)濾光片后,其他色光大多數(shù)被濾光片吸收了

d的大小由器材本身給出,不需要測量

三、實驗器材雙縫干涉儀(包括:光具座、光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭,其中測量頭又包括:分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺等。四、實驗步驟1.觀察雙縫干涉圖樣(1)將光源、透鏡、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,打開開關(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)出的光能沿遮光筒軸線把屏照亮。(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,二者間距為5~10cm,這時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。調(diào)節(jié)撥桿

分劃板會左右移動

(3)用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)。(4)重復(fù)測量、計算,求出波長的平均值。(5)換用不同顏色的濾光片,重復(fù)實驗。每種顏色的濾光片只能透過該種顏色的光

易錯辨析(1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器,要輕拿輕放,不要隨便拆分遮光筒、測量頭等元件。(

)(2)在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中,要保證光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上,并使單縫、雙縫平行且豎直。(

)(3)在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中,光源使用線狀長絲燈泡,調(diào)節(jié)時使之與單縫平行且距離較遠。(

)(4)用雙縫干涉測量光的波長的實驗中會出現(xiàn)屏上的光很弱的情況,主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋是否清晰與單縫和雙縫是否平行有關(guān)系。(

)√√×解析

光源應(yīng)與單縫平行且靠近,以獲得較強的光。

√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一實驗原理與操作典例剖析【例題1】

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,要把它們放在下圖所示的光具座上組成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長。(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。

(2)本實驗的步驟如下:①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;②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;③用刻度尺測量雙縫到屏的距離;④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離。在操作步驟②時應(yīng)注意:____________________。

EDB放置單縫、雙縫時,必須使縫平行;要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一軸線上解析

(1)濾光片E是用來從白光中選出單色紅光的,單縫D是用來獲得線光源的,雙縫B是用來獲得相干光源的,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列順序為C、E、D、B、A。(2)在操作步驟②時應(yīng)注意的事項:放置單縫、雙縫時,必須使縫平行;要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一軸線上等。對點演練1.用雙縫干涉測量光的波長的實驗裝置如圖所示。實驗中:(1)觀察到較模糊的干涉條紋,要使條紋變得清晰,應(yīng)__________。

A.旋轉(zhuǎn)測量頭B.增大單縫與雙縫間的距離C.調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行C解析

若粗調(diào)后看到的是模糊不清的條紋,則最可能的原因是單縫與雙縫不平行;要使條紋變得清晰,應(yīng)調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行,故選C。(2)要增大觀察到的條紋間距,正確的做法是__________。

A.減小單縫與光源間的距離B.減小單縫與雙縫間的距離C.增大透鏡與單縫間的距離D.增大雙縫與測量頭間的距離D

探究點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例剖析【例題2】

在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用雙縫間距d=0.20mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,光屏與雙縫屏間的距離l=700mm。然后,接通電源使光源正常工作。(1)已知測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)給各暗條紋的編號,此時圖乙(b)中游標尺上的讀數(shù)x1=1.16mm;接著再轉(zhuǎn)動手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時圖丙(b)中游標尺上的讀數(shù)x2=__________

mm。

(2)利用上述測量結(jié)果,經(jīng)計算可得兩個相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離Δx=__________mm,

這種色光的波長λ=__________

nm。

精確度為0.02

mm從1開始

條紋編號為7,條紋間隔為6個

副尺0刻度前15

mm第1條與主尺對齊的刻度線

單位為納米

15.022.31660

對點演練2.某同學(xué)利用如圖所示裝置測量某種單色光的波長。實驗時,接通電源使光源正常發(fā)光;調(diào)整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}:(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),該同學(xué)可__________。

A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向靠近雙縫的方向移動C.將屏向遠離雙縫的方向移動D.使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為l,測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx,則單色光的波長λ=__________。

(3)某次測量時,選用的雙縫的間距為0.300mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為__________nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

B

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探究點三實驗改進與創(chuàng)新典例剖析【例題3】

1801年,托馬斯·楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)。1834年,洛埃德利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃德鏡實驗)。(1)洛埃德鏡實驗的基本裝置如圖所示,S為單色光光源,M為一平面鏡。試用平面鏡成像原理畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域。(2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和l,光的波長為λ,在光屏上形成干涉條紋。寫出相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間距離Δx的表達式。

探究點三實驗改進與創(chuàng)新典例剖析【例題3】

1801年,托馬斯·楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)。1834年,洛埃德利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃德鏡實驗)。(1)洛埃德鏡實驗的基本裝置如圖所示,S為單色光光源,M為一平面鏡。試用平面鏡成像原理畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域。(2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和l,光的波長為λ,在光屏上形成干涉條紋。寫出相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間距離Δx的表達式。

對點演練3.雙棱鏡干涉實驗裝置如圖所示,其中S為單色光光源。A為一個頂角略小于180°的等腰三角形棱鏡,P為光屏。S位于棱鏡對稱軸上,屏與棱鏡底邊平行,調(diào)節(jié)光路,可在屏上觀察到干涉條紋。這是由于光源S發(fā)出的光經(jīng)棱鏡作用后,相當(dāng)于在沒有棱鏡時,兩個分別位于圖中S1和S2的相干光源所發(fā)出光的疊加(S1和S2的連線與棱鏡底邊平行)。已知S1和S2的位置可由其他實驗方法確定,類比雙縫干涉測波長的實驗,可以推測出,若要利用“雙棱鏡干涉”測量光源S發(fā)出的單色光的波長時,需要測量的是什么?答案

S1與S2間的距離、S1或S2與光屏間的距離、干涉條紋間距

學(xué)以致用·隨堂檢測全達標121.(實驗原理與操作)(多選)在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中(實驗裝置如圖所示),下列說法正確的是(

)

BC12

122.(數(shù)據(jù)處理與誤差分析)在用雙縫干涉測量光的波長實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上,如圖甲所示,并選用縫間距d=0.2mm的雙縫。從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫間的距離l=700mm。接通電源使光源正常工作。(1)M、N、P三個光學(xué)元件依次為__________。

A.雙縫、偏振片、單縫

B.偏振片、單縫、雙縫C.濾光片、單縫、雙縫

D.濾光片、雙縫、單縫C12解析

因為雙縫干涉實驗是讓單色光通過雙縫在光屏上形成干涉圖樣,所以先讓光源通過濾光片形成單色光,再經(jīng)過單縫形成相干光,再通過雙縫形成干涉條紋,所以M、N、P三個光學(xué)元件依次為濾光片、單縫、雙縫,故選C。12(2)測量時,使測量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋的中心對齊,并將該亮條紋定為第1條亮條紋,如圖乙所示,記下此時手輪上的示數(shù)為1.250cm,然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第4條亮條紋的中心對齊,記下手輪上的讀數(shù)(如圖丙所示)。圖丙中游標卡尺的示數(shù)為__________

cm;所測單色光的波長為__________