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4 实验:用双缝干涉测量光的波长,一、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,闭合开关,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,两者间距为510 cm,这时可观察到白光的干涉条纹。 (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)使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央,如图所示。 记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,得出n个亮条纹间的距离为a=|a2-a1|,则相邻两亮条纹间距 (3)用刻度尺测量双缝到毛玻璃屏的距离l(d是已知的)。 (4)重复测量、计算,求出波长的平均值。 (5)换用不同的滤光片,重复实验。,三、注意事项 1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行,间距大约为510 cm。 2.要保持光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃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)条纹的中心。 4.要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离,再求x。 5.调节的基本依据:照在毛玻璃屏上的光很弱,主要是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致;干涉条纹不清晰一般主要是单缝与双缝不平行所致。,四、误差分析 实验中的双缝间距d是器材本身给出的,因此本实验要注意l和x的测量。光波的波长很小,l、x的测量对波长的影响很大。 1.l的测量:l用毫米刻度尺测量,可多次测量求平均值。 2.条纹间距x的测定:x利用测量头测量。用“累积法”测n条亮纹间距,再求 ,并且采用多次测量求x的平均值的方法进一步减小误差。,探究一,探究二,探究一对实验装置及原理的考查 【例题1】 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,探究一,探究二,(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm。,解析:(1)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,选项A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,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距 选项C正确,故选A。 (2)主尺读数是1.5 mm,螺旋读数是47.00.01 mm,因此示数为1.970 mm。 答案:(1)A (2)1.970,探究一,探究二,变式训练1 导学号38190092如图是用双缝干涉仪测光的波长的实验装置示意图: (1)图中是光源,是光屏,它们之间的依次是 、 和 。 (2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离( ) A.增大和之间的距离 B.增大和之间的距离 C.将红色滤光片改为绿色滤光片 D.增大双缝之间的距离,探究一,探究二,解析:(1)题图实验设备中依次是滤光片、单缝、双缝。 (2)由公式 知,在一定的情况下,要使x增大,必须增大l或者减小d或者改用波长更长的单色光,所以选项B正确。 答案:(1)见解析 (2)B,探究一,探究二,探究二实验数据处理和误差分析 【例题2】 在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),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;,探究一,探究二,(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x= mm;这种色光的波长= nm。,甲,乙 丙,探究一,探究二,探究一,探究二,变式训练2 导学号38190093双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离l1=100 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数。,探究一,探究二,探究一,探究二,(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1= mm,对准第4条时读数x2= mm。 (2)写出计算波长的表达式,= (用符号表示),= m。 解析:(1)读数x1=2 mm+0.0119.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.0137.0 mm=7.870 mm。,1 2 3 4 5 6,1.某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,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.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度 C.单缝与双缝不平行 D.光源发出的光束太强 解析:光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项A、C正确。 答案:AC,1 2 3 4 5 6,2.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有如下改动,则仍能使实验成功的是( ) A.将遮光筒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:干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果,双缝后面的区域处处存在光,所以移动光屏或改变单缝与双缝间距,条纹仍然形成,故A、C正确;将滤光片移至单缝和双缝之间,照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源,故B正确;将单缝与双缝的位置互换,失去了产生干涉的条件,故D错误。 答案:ABC,1 2 3 4 5 6,3.某次实验中测得第一级亮条纹和第三级亮条纹相距4.010-2 m,若双缝间距为0.1 mm,双缝到屏的距离为l=4.0 m,则光波的波长为( ) A.8.010-8 m B.5.010-7 m C.1.510-8 m D.1.610-8 m 答案:B,1 2 3 4 5 6,4.导学号38190094(1)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光源、 、 、 、遮光筒、光屏。,(2)已知双缝到光屏之间的距离l=500 mm,双缝之间的距离d=0.50 mm,单缝到双缝之间的距离s=100 mm,某同学在用测量头测量时,调整手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心,然后他继续转动,使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心,前后两次游标卡尺的读数如图所示。则入射光的波长= m(结果保留两位有效数字)。,1 2 3 4 5 6,(3)实验中发现条纹太密,难以测量,可以采用的改进办法有 。 A.改用波长较长的光(如红光)作为入射光 B.增大双缝间距 C.增大双缝到单缝的距离 D.增大双缝到屏的距离,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,5.某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图甲所示,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,图乙中的黑点代表亮点的中心位置。,(1)通过测量相邻亮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,感光片上相邻两亮点间的距离为b,则激光的波长= 。 该同学测得l=1.000 0 m、缝间距a=0.220 mm,用带十分度游标的卡尺测感光片上的亮点的距离时,尺与亮点的中心位置如图乙所示。(图中黑点表示亮点的中心)图乙中第1到第4个光点的距离是 mm。 实验中激光的波长= m。(保留两位有效数字) (2)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 。,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,6.导学号38190095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。,1 2 3 4 5 6,(2)本实验的步骤: 取下遮光筒左侧的元件,调节光源亮度,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; 用刻度尺测量双缝到屏的距离; 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。 在操作步骤中还应注意 和 。,1 2 3 4 5 6,(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条亮条纹中心对齐,记下此时图乙中手轮上的示数 mm,求得相邻亮条纹的间距x为 mm。 (4)已知双缝间距d为2.010-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算式= ,求得所测红光波长为 mm。,1 2 3 4 5 6,
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