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昌乐及第中学高三物理一轮复习导学案主备：审核：时间：NO.48士不可以不弘毅，任重道远。1专题48实验：用双缝干涉测光的波长【考纲要求】解读：会动手测定光波的波长。理解各元件的作用；读准测量头的示数。【实验原理】1.光源发出的复色光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝时，单缝相当于线光源，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。2.根据Δx＝Ldλ得λ＝dLΔx可以计算出单色光的波长。公式中d为双缝间距离，Δx为相邻两条明(暗)条纹间的距离，l为双缝到屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出l、Δx即可测出光的波长。3.Δx是由测量头测出的。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图转动手轮，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中心，记下此时手轮上的读数a1，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条纹中心时，记下手轮上的刻度数a2，两次读数之差a就是这两条条纹间的距离，即Δx=|a1-a2|。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|a2-a1|，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx=|a2-a1|/(n-1)。【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、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺。【实验步骤】1.观察双缝干涉图样(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，使双缝与单缝平行，二者间距约5cm～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。2.测定单色光的波长(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明条纹的中央，记下手轮上的读数a1,将这条昌乐及第中学高三物理一轮复习导学案主备：审核：时间：NO.48士不可以不弘毅，任重道远。2明纹记作“１”；转动手轮，使分划板中心刻线移动至条纹n的中央时，记下此时手轮上的读数a2，则相邻两明条纹间距Δx=|a2-a1|/(n-1)。(3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。(4)重复测量、计算，求出波长的平均值。(5)换用不同滤光片，重复实验。【注意事项】1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆卸遮光筒、测量头等元件。2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软布轻轻擦拭。3.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、双缝平行且竖直。4.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。5.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要是由于灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰，一般的主要原因是单缝与双缝不平行。【误差分析】光波的波长很小，Δx、l的测量对测量波长λ的影响很大，l用毫米刻度尺测量，Δx利用测量头上的游标尺测量。可利用“累积法”测n条亮纹间距，再求Δx=|a2-a1|/(n-1)，并且采用多次测量求λ的平均值的方法来进一步减小误差。例题1．在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图1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”)．例题2．在用双缝干涉测光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题．(1)如图2所示，甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________．(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长.将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他昌乐及第中学高三物理一轮复习导学案主备：审核：时间：NO.48士不可以不弘毅，任重道远。3光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为________．(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离l＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图3a所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图b所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺如图c所示．由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m.【巩固提高】1．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A．增大S1与S2的间距B．减小双缝屏到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光2．某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功，若他在此基础上对仪器的安装作如下改动，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3．如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，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．4．如图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波长更________(填长、短)的单色光，或是使双缝与光屏间的距离________(填增大、减小)．元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片昌乐及第中学高三物理一轮复习导学案主备：审核：时间：NO.48士不可以不弘毅，任重道远。45．在利用双缝干涉测光的波长时，首先调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行，当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分划板使分划中心刻线与某条明纹中心对齐时(如图甲所示)将此明纹记为1，然后再转动手轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2,3……等明纹，最终与明纹6中心对齐，分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图中乙、丙所示(游标卡尺为10分度)，则图乙对应的读数为________m，图丙对应的读数为________m．用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00cm，由双缝上标示获知双缝间距为0.2mm，则发生干涉的光波波长为________m.在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能的原因是________________________________．6．某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图(a)所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图(b)中的黑点代表亮点的中心位置．(1)这个现象说明激光具有________性．(2)通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍，如果双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为l，感光片上相邻两光点间的距离为d，则激光的波长λ＝adL.该同学测得L＝1.0000m、缝间距a＝0.220mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图(b)所示．在图(b)中第1到第4个光点的距离是________mm.实验中激光的波长λ＝________m．(保留两位有效数字)(3)如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将________．【自我小结】说说实验中看到的现象。昌乐及第中学高三物理一轮复习导学案主备：审核：时间：NO.48士不可以不弘毅，任重道远。5专题48双缝干涉测波长参考答案例题1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＝Ldλ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)变宽变窄例题2.解析(1)光的干涉条纹是等间距的，故题图中的干涉条纹是图甲．(2)根据实验原理可知，图丙中的光具座上自左向右放置的光学元件依次为白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏，故答案为EDBA.(3)由图b可知，A位置所对应的条纹位置为x1＝111mm＋2×0.05mm＝111.10mm，由图c可知，B位置所对应的条纹位置为x2＝115mm＋12×0.05mm＝115.60mm，故条纹间距Δx＝x2－x17≈0.64mm，将其代入Δx＝Ldλ，解得λ＝dLΔx＝0.500.50×0.64×10－6m＝6.4×10－7m.答案(1)甲(2)EDBA(3)111.106.4×10－71.解析：由双缝干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ可知：增大S1与S2的间距d，Δx将减小，A项错误；减小双缝屏到光屏的距离L，Δx将减小，B项错误；红光波长大于绿光，λ变大，Δx将变大，C项正确；紫光波长小于绿光，λ变小，Δx将变小，D项错误．答案：C2.解析：双缝发生干涉，而单缝发生衍射，故D错．由Δx＝Ldλ知：改变双缝到屏的距离L仍能得到清晰条纹，只不过条纹间距发生变化，故A正确．单缝与双缝之间的距离对干涉无影响，故C正确．滤光片的作用是得到相干单色光，在单缝前还是在单、双缝之间不影响干涉，故B正确．答案：ABC3.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、双缝、遮光筒和毛玻璃屏．由条纹间距公式Δx＝Ldλ可知，要增大相邻条纹间距，应该增大双缝到光屏的距离或者减小两缝间的距离．答案：滤光片单缝双缝增大双缝到光屏的距离减小双缝间的距离4.解析：依据双缝干涉条纹间距规律Δx＝Ld·λ可知，要使干涉条纹的间距变大，需要改用波长更长的单色光，或增大双缝与屏之间的距离L.答案：长增大5.解析：图乙对应读数为1.94×10－2m图丙对应读数为2.84×10－2m根据公式Δx＝ldλ得λ＝Δxdl＝0.2×10－3－2－1.94×10－21560.00×10－2m＝6.00×10－7m若粗调后看不到干涉条纹，只看到一片亮区，则最可能的原因是单缝与双缝不平行．答案：1.94×10－22.84×10－26.00×10－7单缝与双缝不平行6.答案：(1)波动(2)8.56.2×10－7(3)变小