2019年高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十六用双缝干涉测量光的波长（同时练习使用测量头）学案.doc

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1、1实验十六 用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头)1实验原理如图 1 所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝 S 时发生衍射，这时单缝 S 相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝 S1和 S2之后， S1、 S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离 x 与入射光波长 ，双缝S1、 S2间距离 d 及双缝与屏的距离 l 有关，其关系式为： x ，因此，只要测出ld x、 d、 l 即可测出波长 .图 1两条相邻亮(暗)条纹间的距离 x 用测量头测出测量头由分划板、目镜、手轮等构成如图 2 所示图 22实验器材双缝干涉仪，即：光具座、光源、

2、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3实验步骤(1)观察双缝干涉图样将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图 3 所示2图 3接好光源，打开开关，使灯丝正常发光调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为 510cm.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹图 4使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图 4 所示，记下手轮上的读数，将该条纹记为第 1 条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线

3、移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第 n 条亮条纹，测出 n 条亮条纹间的距离 a，则相邻两亮条纹间距 x .an 1用刻度尺测量双缝到光屏间距离 l(d 是已知的)重复测量、计算，求出波长的平均值1数据处理(1)条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第 1 条亮条纹中央时读数为a1，在第 n 条亮条纹中央时读数为 an，则 x .an a1n 1(2)根据条纹间距与波长的关系 x 得 x，其中 d 为双缝间距， l 为双缝到光ld dl屏的距离(3)测量时需测量多组数据，求 的平均值2注意事项3(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能

4、够沿着遮光筒的轴线把屏照亮(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离(4)不要直接测 x，要测多条亮条纹的间距再计算得到 x，这样可以减小误差(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层3误差分析(1)双缝到光屏的距离 l 的测量存在误差(2)测条纹间距 x 带来的误差：干涉条纹没有调整到最清晰的程度误认为 x 为亮条纹的宽度分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有

5、恰好位于亮条纹中心测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清.命题点一 教材原型实验例 1 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 5 甲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甲图 5(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最佳顺序应为 C、_、 A.4(2)本实验的步骤有：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；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；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量

6、头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离在操作步骤时还应注意_和_(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1 条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 6 条亮条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为_mm，求得相邻亮条纹的间距 x 为_mm.(4)已知双缝间距 d 为 2.0104 m，测得双缝到屏的距离 l 为 0.700m，由计算式 _，求得所测红光波长为_nm.答案 (1) E、 D、 B (2)见解析 (3)13.870 2.310 (4) x 6.610 2dl解析 (1)通过滤光片获得单色光，通过单缝

7、获得线光源，通过双缝获得相干光，故顺序为E、 D、 B，且顺序不能交换(2)单缝和双缝间距为 510 cm，使单缝与双缝相互平行(3)螺旋测微器固定刻度读数为 13.5 mm，可动刻度读数为 37.00.01 mm.二者相加为13.870 mm，图乙中的读数为 2.320 mm，所以 x2.310 mm.(4)根据 x ，得 x，代入数据得 6.610 2 nm.Ld dl高考对本实验的考查主要集中在以下两点：一是干涉图样或条纹间距变化的分析，二是干涉光波波长或双缝间距的计算等以上两点都围绕条纹间距公式 x 的应用命题同ld时，由于 x 的测量需要用到螺旋测微器或游标卡尺，所以读数时要科学、准

8、确1.(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，即两列光的_相同如图 6 所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在_(选填“ A”“B”或“ C”)点会出现暗条纹5图 6(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长 5.8910 7 m，双缝间的距离 d1mm，双缝到屏的距离 l2m求第 1 个亮条纹到第 11 个亮条纹的中心间距答案 (1)频率 C (2)1.17810 2 m解析 (1)从两狭缝发出的光，它们的频率相同，是干涉光，在波峰与波谷相遇的区域中，振动相互抵消

9、，会出现暗条纹，即在 C 点出现暗条纹(2)相邻亮条纹的中心间距 x ld由题意知，亮条纹的数目 n10解得 x ，代入数据得 x1.17810 2 m.nld2用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离 d 的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图 7 丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数 x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第 7 条亮条纹并记下螺旋测微器的读数 x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长(结果

10、保留两位有效数字)图 7答案 8.010 7 m6解析 根据条纹间距公式 x 可知，波长 x，只要根据题目提供的数据就可ld dl求解，由图丁可直接读出 d0.25mm0.00025m，双缝到屏的距离由图丙读出l749mm0.749m由图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离 x mm2.400mm0.002400m.14.700 0.3006将以上数据代入得 m8.010 7 m.d xl 0.000250.0024000.749命题点二 实验拓展创新例 2 1801 年，托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834 年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)(1)洛埃镜

11、实验的基本装置如图 8 所示， S 为单色光源， M 为平面镜，试用平面镜成像作图法画出 S 经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域图 8(2)设光源 S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为 a 和 L，光的波长为 ，在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离 x 的表达式答案 见解析解析 (1)如图所示(2) x ，因为 d2 a，故 x .Ld L2a3(2015全国34(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 x1与绿光的干涉条纹间距 x2相比， x1_ x2(填“” “”或“”)若实验中红光的波长为 630nm，双缝与屏幕的距离为 1.00m，测得第 1 条到第 6 条亮条纹中心间的距离为 10.5mm，则双缝之间的距离为7_mm.答案 0.3解析 双缝干涉条纹间距 x ，红光波长长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即ld x1 x2.相邻条纹间距 x 2.1 mm2.110 3 m，根据 x 可得 d10.5 mm5 ld0.3 mm.l x