用游标卡尺观察光的衍射现象

四、用游标卡尺观察光的衍射现象【重要知识提示】1．实验目的、原理(1)实验目的：(a)学会使用游标卡尺，掌握其刻度原理和读数方法；(b)用游标卡尺观察光的单缝衍射现象．(2)实验原理：波能够绕过障碍物产生衍射，衍射是波特有的现象．只有当障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多时，才能明显地观察到波的衍射现象一光束变宽，并有许多条纹。2．实验器材直长灯丝的白炽灯泡(或日光灯)、电源、游标卡尺、导线若干．3．实验步骤及安装调整(1)用具有长直灯丝的白炽灯(或较远距离的日光灯代替)作线状光源，将其水平固定．(2)调节游标卡尺两测脚间的距离，形成一个O．5mm的狭缝．(3)在距灯丝几米远处，使游标卡尺的狭缝与直灯丝平行，眼睛靠近狭缝观察光源．(4)调节狭缝的宽度，使狭缝宽度分别为0．6mm、O．7mm、0．8mm，通过缝观察，可以看到条纹亮度变强、同时条纹问间距变窄．(5)调节狭缝的宽度，使狭缝宽度分别由0．5mm变为O.4mm、O.3mm、O．2mm，通过狭缝可以看到条纹宽度变暗，同时条纹间距变宽.4．注意事项(1)观察时，灯丝的背景要暗淡些，避免产生过强的反射光，影响观察效果.(2)观察时，狭缝与光源平行、狭缝应紧靠眼睛，但狭缝离光源稍远(约O·5m左右)；若光源采用日光灯，狭缝距光源应在2m远左右.(3)应调节狭缝宽度，分别进行观察，将现象进行类比，并归纳发生衍射的条件.【典型范例导析】【例1】小明同学在研究单缝衍射现象时，作了以下系列实验：(1)将游标卡尺测脚狭缝平行线状白炽灯，若调节狭缝宽度使之由0．5mm逐渐变窄，则通过缝观察光源，发现________________________________________________________.(2)若先后用紫、绿、黄、红色滤光纸包盖线状白炽灯，则通过狭缝观察光源，发现____________________________________________________________________________．根据以上实验可定性得出结论______________________________________________．解析(1)当缝宽由0．5mm逐渐变窄，衍射现象越来越明显，其现象为：中央亮纹变宽，两边彩色衍射条纹间距变大，但是其亮度变暗．(2)当用单色线状光源作光源时，眼睛通过狭缝会观察到明暗相问的衍射条纹．当先后用紫、绿、黄、红色作为入射光时，则入射光波长越来越接近狭缝宽，因而衍射现象变得越来越明显，其现象为：中央亮纹变宽，两边单色衍射亮纹间距变宽，但其亮度变暗．因此，当缝宽越接近光波波长时，衍射现象越明显．点评观察、分析、归纳得出衍射条件，我们通过此例可体会出形成知识的过程．有兴趣者可将结论进行推广应用．如用刀片划破黑纸，通过划开的狭缝观察教室日光灯；通过黑纸上小圆孔观察手电筒灯泡光源……【例2】在用游标卡尺观察线光源发出的单色光的衍射现象中，发现：(1)衍射图样的中央亮纹宽度比两侧亮纹宽度要___________________(选填“较宽”、“较窄”、“相等”)；(2)衍射图样的中央亮纹亮度与两侧亮纹亮度比要__________________(选填“较亮”、“较暗”、“一样”)．解析单缝衍射图样的特点是：中央亮纹宽度较大、亮度较强；中央亮纹的两侧亮纹宽度要小，亮度要暗，离中央亮纹距离越远，其宽度、亮度递减越明显．因此：(1)较宽，(2)较亮．点评仔细观察单缝衍射现象、双缝干涉现象，类比分析这两种现象的异同之处．【能力跟踪训练】1．用游标卡尺观察光的衍射现象，使用的光源是日光灯，那么正确的安装、观察方式是()A．日光灯应水平安装B．日光灯应竖直安装C．将游标卡尺调出0．5mm狭缝，并使缝水平(游标卡尺竖直)地紧靠目光灯D．将游标卡尺调出0．5mm狭缝，并使缝水平(游标卡尺竖直)地紧靠眼睛2．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的游标卡尺测脚形成的狭缝，观察远处日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到：A．黑白相间的直条纹B．黑白相问的弧形条纹C．彩色的直条纹D．彩色的弧形条纹3．如图5-27所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样，下列判断正确的是()A．甲为单缝衍射图样B．乙为双缝干涉图样C．甲为双缝干涉图样D．乙为单缝衍射图样4．如图5-28所示是通过游标卡尺两测脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片，从照片(1)到照片(4)的图样分析可知：(a)游标卡尺两测脚间的宽度是由______变______的(选填“宽”、“窄”)；(b)照片(4)中间条纹的颜色是_____(选填“彩色”、“白色”)．5．利用日光灯和游标卡尺，可以观察到光的衍射现象．其学生实验步骤如下：A．接通日光灯；B．调节游标卡尺的两测脚的距离，形成一个O．5mm的狭缝；C．在距离日光灯不远处，让游标卡尺的狭缝竖直地靠近眼睛，通过狭缝观察水平放置的日光灯管．(1)这个学生在实验中错误或不当之处是______．(2)如果按正确方式观察，把游标卡尺测脚的宽度由0．5mm缩到O．2mm时，观察到的条纹有什么变化______．【答案与提示】1．A、D(利用游标卡尺测脚问狭缝观察衍射现象时，要注意光源、狭缝、眼睛之间相对位置关系：(a)三者应保持平行，因此日光灯应水平安装；(b)狭缝与日光灯较远，其距离约2m，眼睛与狭缝应紧靠．)2．C(要分析白光通过狭缝产生的衍射图样，须明确以下几点：(a)光波波长与狭缝缝宽越接近，衍射现象越显著，亮条纹宽度越大；(b)白光包含赤、橙、黄、绿、兰、靛、紫等色光，其中红光波长与狭缝宽度最相近，紫光波长与狭缝宽度相差最大；当白光通过狭缝衍射时，各色光衍射的显著程度有差异，因此，形成的衍射图样是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹．)3．A、B(单色光通过单缝形成的衍射图样特点：中央亮纹最亮、最宽；从中央亮纹到两边亮纹，各亮纹宽度、亮度递减明显．单色光通过双缝形成的干涉图样特点：从中央亮纹到两侧亮纹，各亮纹宽度、亮度递减不明显．)4．(1)游标卡尺两侧脚的宽度是由宽到窄地进行调节的，因为缝越窄，衍射范围越大；(2)中央亮纹是白色的．5．(1)在实验步骤C中，游标卡尺的狭缝应水平地靠近眼睛，且人眼离日光灯距离应较远(约相距2m左右)；(2)在通过狭缝观察衍射图样时，若将缝宽由O．5mm调到O．2mm时，衍射条纹变暗，同时亮条纹间间距变大．