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第五章 光的波动性
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光源凸透镜滤光片单缝双缝遮光筒测量头及目镜
0 cm
1 cm
6789
10
(a)
(b
乙
丙第2节 学生实验：用双缝干涉测量光的波长
1.(多选)某同学按实验装置安装好仪器后，成功地观察到光的干涉现象，若他在此基础上对仪器进行如下几种改动，但还能使实验成功的是( )
A．将遮光筒内的光屏向靠近双缝的方向移动少许，其他不动
B．将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动
C．将单缝向双缝移动少许，其他不动
D．将单缝与双缝的位置互换，其他不动
解析：选ABC．将光屏向靠近双缝的方向移动少许，条纹的间距将缩小些，滤光片移至单缝和双缝之间，仍然得到单色光干涉条纹；单缝向双缝移动少许，仍满足干涉条件，可以发生干涉.
2.(多选)物理学家托马斯·杨最先验证了光的干涉现象，实验装置如图所示，M为竖直(水平)的线光源a(b)，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏，下列说法正确的是( )
A．若M选a(竖直线光源)，N应选3，O应选4，干涉图样为5
B．若M选a(竖直线光源)，N应选1，O应选2，干涉图样为6
C．若M选b(水平线光源)，N应选1，O应选2，干涉图样为6
D．若M选b(水平线光源)，N应选3，O应选4，干涉图样为5
解析：选BD．若M选a(竖直线光源)，单缝与双缝都要与之平行，且单缝距光源近，形成的干涉图样也与之平行，若选b水平光源，也是同样的道理.
3.在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图甲).
甲 乙
测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图乙，其示数为________mm.
答案：1.970
4.在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按如图所示的方法，让激光束通过自制的双缝.
(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距________(选填“越大”或“越小”)；
(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距________(选填“越大”或“越小”)；
(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时________(选填“大”或“小”).
(4)实验观察到光屏上呈现明暗相间的条纹，试运用波动理论对明纹的形成予以解释.
解析：(1)根据Δx＝λ知，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距越大；
(2)光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距越大；
(3)蓝光比红光波长小，条纹间距比用红色光做实验时小；
(4)同一色光透过双缝的光形成相干光源，在光屏处相遇，有的区域光振动加强，有的区域光振动减弱，光振动加强区域呈现明条纹.
答案：见解析
5.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，某同学安装实验装置如图所示，调试好后能观察到清晰的干涉条纹.
(1)根据实验装置知，②③④依次是________、________、________.
(2)某次实验时，该同学调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心，如图所示，此时螺旋测微器的读数为________mm.
解析：(1)滤光片、单缝和双缝.
(2)螺旋测微器的读数为1.179～1.181 mm.
答案：见解析
6.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为________mm，求得相邻亮纹的间距Δx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)单缝与双缝竖直，单缝和双缝应相互平行.
(3)图甲的读数是2.320 mm，图乙的读数是13.870 mm.
相邻亮条纹的间距Δx＝＝2.310 mm.
答案：(1)E、D、B
(2)单缝与双缝竖直 使单缝与双缝相互平行
(3)13.870 2.310
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考资源网第一时间更新名校试题,30个省市区资源一网打尽!课件、教案、学案、素材、论文种类齐全第2节 学生实验：用双缝干涉测量光的波长
1.测单色光的波长的实验原理. 2.掌握用双缝干涉测光的波长的实验原理并会测单色光的波长.(重点＋难点)
一、实验目的
1.观察白光及单色光的干涉图样.
2.测定单色光的波长.
二、实验原理
光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹.
根据Δx＝λ可以计算出单色光的波长.公式中d为双缝间的距离，Δx为相邻两条亮纹(或暗条纹)间的距离，l为双缝与屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出l、Δx即可测出光的波长.
三、实验器材
双缝干涉仪：包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏、光具座、测量头及刻度尺等.
四、实验步骤
1.按如图所示安装仪器.
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(或绿)色滤光片，让光通过单缝后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜焦距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，使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度线的条纹数n.
5.将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝，算出条纹间距Δx，然后利用公式λ＝Δx，求出此单色光的波长λ(d、l仪器中都已给出).
6.换用另一滤光片，重复步骤3、4，并求出相应的波长.
测量条纹间距的方法和波长的计算
两处相邻明(暗)条纹间的距离Δx1用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示.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明(暗)条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数x1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明(暗)条纹中心时，记下手轮上的读数xn，两次读数之差就是相邻两条明(暗)条纹间的距离.即Δx＝|xn－x1|.
Δx很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明(暗)条纹间的距离a，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离.Δx＝.
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)，并选用缝间距d＝0.20 mm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＝700 mm.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，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm；
(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Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝______________nm.
[解析] (1)主尺读数为15 mm，游标尺读数为1×0.02 mm＝0.02 mm，二者相加即可.
(2)由于图中数字标记的是暗条纹，首先应根据暗条纹所标数字给亮条纹也标明条数，若图乙的(a)图中的中央刻线所对亮条纹记为第1条，则图丙的(a)图中，中央刻线所对亮条纹为n＝7，则Δx＝＝2.31 mm，光的波长λ＝＝6.6×102 nm.
[答案] (1)15.02 (2)2.31 6.6×102
1.在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”“＝”或“<”).若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________ mm.
解析：由公式Δx＝λ可知，Δx1>Δx2.相邻亮条纹之间的距离为Δx＝ mm＝2.1 mm，双缝间的距离d＝，代入数据得d＝0.300 mm.
答案：> 0.300
注意事项及误差分析
1.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应着亮(或暗)纹的中心.
(4)要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx.
(5)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所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行.
2.误差分析
(1)①测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差.
②通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差.
(2)测条纹间距Δx带来的误差.
①干涉条纹没有调到最清晰的程度.
②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心.
③测量多条亮条纹间距离时读数不准确.
(多选)某同学在做双缝干涉实验时，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
[解析] 安装实验器件时要注意：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、单缝和双缝要在同一高度，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致太暗.据上分析，可知选项A、C正确.
[答案] AC
2.在双缝干涉实验中，实验装置如图所示，下列说法正确的是( )
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．测量某条亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C．为了减少测量误差，可用测量头测出第1条亮条纹与第n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距Δx＝
D．单缝、双缝和滤光片缺一不可，否则屏上不会出现干涉图样
解析：选B．在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的形状来判定光束是否沿遮光筒的轴线传播，故A错误.因条纹宽度是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心之间的距离，故B正确.微小量累积法可有效减小测量中的偶然误差，但相邻两条亮条纹间距应为Δx＝，C错误；在该实验中，若没有滤光片，在屏上会得到白光的干涉图样，即彩色条纹，D错误.
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