课件19张PPT。4 实验:用双缝干涉测量光的波长【实验目的】
1.观察白光及单色光的双缝干涉图样。
2.测定单色光的波长。【实验原理】
如图所示,与两缝之间的距离d相比,每
个狭缝都很窄,宽度可以忽略。两缝S1、
S2的连线的中垂线与屏的交点为P0,双
缝到屏的距离OP0=l。
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx= λ。
已知双缝间距d,再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δx,就可以求得光波的波长。【实验器材】
双缝干涉仪,即光具座、光源、滤光片、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。【实验过程】
一、实验步骤
1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示。2.接好光源,打开开关,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。二、数据处理
1.安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。
2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,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
动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,将该条纹记
为第n条亮纹,则相邻两亮条纹间距Δx=| |。
3.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。
4.重复测量、计算,求出波长的平均值。【误差分析】
1.光波的波长很小,Δx、l的测量对波长λ的影响很大。
2.在测量l时,一般用毫米刻度尺;而测Δx时,用千分尺且采用“累积法”。
3.多次测量求平均值。【注意事项】
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,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.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。
4.注意调节各缝平行。类型1 实验中的注意事项
【典题1】(2012·福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图):(1)下列说法错误的是 。(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
出相邻两条亮纹间距Δx= (2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm。【标准解答】(1)选A。应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏
中心后再放上单、双缝,A选项不正确。测微目镜分划板中心刻
线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,
B选项正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距Δx= ,C
选项正确,故选A。
(2)主尺读数是1.5mm,螺旋读数是47.0×0.01 mm,因此示数为
1.970 mm。
答案:(1)A (2)1.970类型2 实验数据处理
【典题2】(2014·蚌埠高二检测)某同学在做“用双缝干涉测定光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时(如图甲中的A),游标卡尺的示数如图乙所示。第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B),游标卡尺的示数如图丁所示。已知双缝间距d=0.5mm,缝到屏的距离L=1m。则:(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。
(3)所测光波的波长为 m。(保留两位有效数字)【标准解答】(1)图乙中游标卡尺是20个等分刻度,精确度为0.05mm,读数为12mm+0.05mm×10=12.50mm=1.250cm。
(2)图丁中游标卡尺也是20个等分刻度,读数为17mm+0.05mm×14=17.70mm=1.770cm。
(3)由Δx= λ可得
答案:(1)1.250 (2)1.770 (3)6.5×10-7温馨提示：
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课时达标·效果检测
1.(2014·大纲版全国卷)在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589nm的光,在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm,则双缝的间距为 ( )
A.2.06×10-7m B.2.06×10-4m
C.1.68×10-4m D.1.68×10-3m
【解析】选C。由Δx=λ可得:d=λ=×589×10-9m=1.68×10-4m,所以选项C正确。
2.(2013·潍坊高二检测)双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的绿光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是:①O点是红光的亮条纹;②红光的第一条亮条纹在P点的上方;③O点不是蓝光的亮条纹;④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方。其中正确的是( )
A.只有①②正确 B.只有①④正确
C.只有②③正确 D.只有③④正确
【解析】选A。O点到两缝的距离相等,故不论换用红光还是蓝光,O点均为亮条纹,所以①正确,③错误;由Δx=λ可知,红光的波长比绿光的大,条纹间距也比绿光大,因此,红光的第一条亮条纹在P点的上方,②正确;同理,蓝光的波长比绿光的小,蓝光的第一条亮条纹在P点的下方,④错误。综上所述,只有A正确。
3.如图所示,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,为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取?
或 的方法。
【解析】做该实验时用单色光,应特别注意,②是滤光片,其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏。由条纹间距公式Δx=λ可知,要增大相邻条纹间距,应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离。
答案:滤光片 单缝屏 双缝屏 增大双缝屏到光屏的距离
减小双缝屏两缝间距离
4.在观察光的双缝干涉现象的实验中:
(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图甲中的 。
(2)换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的条纹宽度将 ;保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将 。(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)
【解析】(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹,A图正确;(2)根据
Δx=λ知,双缝间的距离d减小时,条纹间距变宽;当双缝到屏的距离L减小时,条纹间距变窄。
答案:(1)A (2)变宽 变窄
5.图甲是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置。测得双缝屏到毛玻璃屏的距离为0.2m、双缝的距离为0.4mm。图乙是通过该仪器的观测装置看到毛玻璃屏上的干涉图样,其中1、2、3、4、5…是明条纹的编号。图丙、图丁是利用该仪器测光的波长时观察到的情景,图丙是测第1号明条纹的位置,此时观测装置上千分尺的读数为 mm,图丁是测第4号明条纹的位置,此时观测装置上千分尺的读数为 mm。根据上面测出的数据可知,被测光的波长为 nm。
【解析】图丙中读数为
0.5 mm+0.01 mm×0.8=0.508 mm
图丁中读数为1.5 mm+0.01 mm×0.9=1.509 mm
两相邻明条纹之间的间距为
Δx=mm=0.334mm
由Δx=λ有λ==m=
0.668×10-6m=668nm。
答案:0.506～0.509范围内均可 1.507～1.509范围内均可 665～669范围内均可
6.(2013·青岛高二检测)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:
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 。
(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,记下此时图乙中手轮上的示数 mm,求得相邻亮纹的间距Δx为 mm。
(4)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,由计算公式λ= ,求得所测红光波长为 mm。
【解析】(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏,因此应填:E、D、B。
(2)单缝与双缝的间距为5～10 cm,使单缝与双缝相互平行。
(3)甲图的读数为2.320 mm
乙图的读数为13.870 mm
Δx=mm=2.310mm
(4)由Δx=λ可得:λ=Δx
可求出λ=×2.310mm=6.6×10-4mm
答案:(1)E、D、B (2)单缝与双缝的间距为5～10cm 使单缝与双缝相互平行 (3)13.870 2.310 (4)Δx 6.6×10-4
7.(2013·成都高二检测)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图所示。
(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.干涉条纹疏密程度与双缝间距有关
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刻线对齐某条刻度线时,手轮上的示数如图所示,该读数为 mm。
(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,如图所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
【解析】(1)为使屏上的干涉条纹清晰,灯丝与单缝和双缝必须平行放置,所得到的干涉条纹与双缝平行;由Δx=λ可知,条纹的疏密程度与双缝间距离、光的波长有关,所以A、C、D选项正确。
(2)固定刻度读数为0.5mm,可动刻度读数为20.2,所以测量结果为0.5 mm+20.2×0.01 mm=0.702 mm。
(3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,由几何知识可知测量头的读数大于条纹间的实际距离。
答案:(1)A、C、D (2)0.702 (3)大于
8.用氦氖激光器进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间的距离d=0.1mm,双缝到屏的距离L=6.0m,测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm,氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少?
假如把整个装置放入折射率是的水中,这时屏上的条纹间距是多少?
【解析】由条纹间距Δx、双缝间距d、双缝到屏的距离L及波长λ的关系,可测光波的波长,同理知道水的折射率,可知该波在水中的波长,然后由Δx、d、L、λ的关系,可计算条纹间距。
由Δx=λ,可以得出红光的波长为
λ=Δx=m=6.3×10-7m
激光器发出的红光的波长是6.3×10-7m。
如果整个装置放入水中,激光器发出的红光在水中的波长为
λ′==m=4.7×10-7m
这时屏上条纹的间距是
Δx′=λ′=m=2.8×10-2m。
答案:6.3×10-7m 2.8×10-2m
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