高考物理一轮复习 第十三章 振动与波 光学 相对论 第7讲 实验 用双缝干涉测光的波长课件.ppt

课标版物理 第7讲实验 用双缝干涉测光的波长 实验目的 1 了解光波产生稳定的干涉现象的条件 2 观察白光和单色光的双缝干涉图样 3 测定单色光的波长 实验原理 单色光通过单缝后 经双缝产生稳定的干涉图样 图样中相邻两条亮 暗 条纹间的距离 x与双缝间的距离d 双缝到屏的距离l 单色光的波长 之间满足 实验器材 双缝干涉仪 由光具座 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 毛玻璃屏 测量头组成 另外还有学生电源 导线 刻度尺 实验步骤 1 观察干涉条纹 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 接好电源 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遮光筒的轴线到达光屏 4 安装双缝和单缝 中心大致位于遮光筒的轴线上 使双缝与单缝的缝平行 二者间距约5 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 使分划板中心线对齐某条亮条纹的中央 记下手轮上的读数a1 将该条纹记为第1条亮条纹 转动手轮 使分划板中心线移动至另一亮条纹的中央 记下此时手轮上的读数a2 将该条亮纹记为第n条亮条纹 则相邻两亮条纹间距 x 3 用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l d是已知的 4 重复测量 计算 求出波长的平均值 数据处理 1 条纹间距 x 2 波长 x 3 计算多组数据 求 的平均值 注意事项 1 双缝干涉仪是比较精密的仪器 应轻拿轻放 且注意保养 2 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 双缝平行且间距适当 3 光源灯丝最好为线状灯丝 并与单缝平行且靠近 4 照在光屏上的光很弱 主要原因是灯丝与单缝 双缝 测量头与遮光筒不共轴所致 干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行所致 故应正确调节 误差分析 1 双缝到屏的距离l的测量存在误差 2 测条纹间距 x带来的误差 1 干涉条纹没有调整到最清晰的程度 2 误认为 x为亮 暗 条纹的宽度 3 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 4 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 考点一实验原理与操作典例1在 用双缝干涉测光的波长 实验中 1 实验装置采用双缝干涉仪 它由各部分光学元件在光具座上组成 现准备了下列仪器 a 光源 b 双缝片 c 单缝片 d 滤光片 e 光屏 其中双缝片和光屏连在遮光筒上 把以上仪器安装在光具座上时 正确的排列顺序是 2 多选 关于本实验 正确的说法是 a 实验时应调节各器件中心共轴 并且单缝和双缝的缝应相互平行b 观察到的白光的干涉图样是 可以看到彩色的干涉条纹 中央为一条白亮的零级干涉条纹 彩色条纹的排列 以零级亮条纹为中心左右对称 在第一级亮条纹中紫色在最外侧 c 看到白光的干涉条纹后 在单缝前面放上红色或绿色滤光片 即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹 且红条纹的间距比绿条纹的间距大d 测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数答案 1 adcbe 或ebcda 2 acd解析 1 双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确顺序为 光源 滤光片 单缝片 双缝片 光屏 或把它们全部倒过来也可 因此 答案为ad cbe或ebcda 2 实验时应使各器件的中心位于遮光筒的轴线上 且使单缝与双缝平行 a正确 白光的干涉图样是彩色条纹 中央为白色亮条纹 在第一级亮条纹中红色在最外侧 b错误 由 x 得红条纹的间距大于绿条纹的间距 c正确 为了减小误差 应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数 d正确 1 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 没有安装滤光片c 单缝与双缝平行d 光源发出的光束太强 答案a安装实验器件时要注意使光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合 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 还要使光源发出的光不要太暗 才能使实验成功 本实验如果没有安装滤光片 则会观察到彩色干涉条纹 故选a 1 2用双缝干涉测光的波长 实验中采用双缝干涉仪 它包括以下元件 a 白炽灯b 单缝片c 光屏d 双缝e 遮光筒f 滤光片 其中双缝和光屏连在遮光筒上 1 正确调节装置后 在屏上观察到红光干涉条纹 用测量头测出10条红亮条纹间的距离为a 改用绿色滤光片 其他条件不变 用测量头测出10条绿亮条纹间的距离为b 则一定有ab 填 大于 小于 或 等于 2 在双缝干涉实验中 滤光片的作用是 单缝的作用是 双缝的作用是 答案 1 大于 2 获得单色光形成线光源形成相干光源解析 1 由于红光的波长大于绿光的波长 根据 x 可知 红色光的干涉条纹间距大于绿色光的干涉条纹间距 因此a b 2 各元件的作用为 滤光片的作用是获得单色光 单缝的作用是形成线光源 双缝的作用是形成相干光源 考点二仪器读数与数据处理典例2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 本实验的实验步骤有 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 时还应注意和 2 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 a 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 b 中手轮上的示数为mm 求得相邻亮纹的间距 x mm 3 已知双缝间距d为2 0 10 4m 测得双缝到屏的距离l为0 700m 由计算式 求得所测红光的波长为nm 答案 1 见解析 2 13 8702 310 3 6 6 102 或660 解析 1 在操作步骤 时还应注意的事项有 放置单缝 双缝时 必须使缝平行 单缝 双缝间距离大约为5 10cm 2 图 b 读数为x2 13 5mm 37 0 0 01mm 13 870mm 图 a 读数为x1 2 0mm 32 0 0 01mm 2 320mm所以相邻亮纹间距 x mm 2 310mm 3 由条纹间距离公式 x 得 代入数值得 6 6 10 7m 6 6 102nm 2 1用某种单色光做双缝干涉实验时 已知双缝间距离d的大小恰好是图丁中游标卡尺的读数 双缝到毛玻璃间的距离大小由图丙中的毫米刻度尺读出 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中心线 如图乙所示 并记下测量头的读数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条亮条纹并记下测量头的读数x2 如图已所示 由以上测量数据求该单色光的波长 答案8 0 10 7m解析根据条纹间距公式 x 可知 波长 x 由丁图可直接读出d 0 25mm 0 00025m双缝到屏的距离由丙图读出l 749 5mm 0 7495m 由图乙 戊 已可知 相邻两条亮条纹间的距离 x mm 2 400mm 0 002400m 将以上数据代入得 m 8 0 10 7m 2 2 2015课标