（江苏专用）2021版高考物理一轮复习 第14章 光 电磁波 实验20 用双缝干涉实验测量光的波长教案.doc

实验二十用双缝干涉实验测量光的波长1实验目的(1)了解光产生稳定干涉现象的条件。(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样。(3)掌握用测量头测量条纹间距的方法。(4)测单色光的波长。2实验原理(1)根据公式x得x。(2)用刻度尺测出双缝到光屏的距离l，用测量头调节出清晰的干涉条纹，测出n个亮纹间的距离a，则x。双缝间距d是已知的，这样就可以计算出波长。3实验器材双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。4实验步骤(1)观察干涉条纹将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如图所示。接好电源，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的轴线到达光屏。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510 cm，这时，可观察白光的干涉条纹。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。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；将该条亮条纹记为第n条亮条纹，则相邻两亮条纹间距x。用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。重复测量、计算，求出波长的平均值。5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。 实验原理与操作1干涉条纹要调整到最清晰的程度。2干涉条纹的疏密程度与单缝宽度无关，与光的波长有关。3分划板刻线与干涉条纹需平行，中心刻线要恰好位于条纹中心。1在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，用图甲装置测量红光的波长：(1)图甲中标示的器材 “a”应为_。甲乙(2)图乙中测量头的读数为_ mm。(3)下列操作正确的是_。a先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头b接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压c观察到条纹比较模糊，可以调节拨杆进行调整 d测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻度线与该亮纹边缘重合(4)下列图示中条纹间距表示正确是_。 a bcd解析(1)图甲中标示的器材 “a”应为红光滤色片；(2)图乙中测量头的读数为：10 mm180.02 mm10.36 mm; (3)根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验操作步骤可知，安装器材的过程中，先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再安装单缝、双缝以及装上测量头，故a正确；若要小灯泡正常发光，则接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压，故b正确；观察到条纹比较模糊，可能是单缝与双缝不平行，可以调节拨杆进行调整，故c正确；测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻度线与该亮纹的中心重合，故d错误。(4)干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明条纹(或暗条纹)的中心之间的距离，故图c是正确的，图a、b、d错。答案(1)红光滤色片(写滤光片也对)(2)10.36(10.3410.40都算对) (3)abc(4)c2现有毛玻璃屏a、双缝b、白光光源c、单缝d和滤光片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。(2)本实验所用的滤光片应选用_色滤光片，实验时需要测量的物理量是_和_。(3)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；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮(暗)条纹间的距离。在操作步骤时还应注意_和_。解析(1)滤光片e是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列顺序为：c、e、d、b、a。(2)红色滤光片能透过红光，而吸收其他颜色的光，所以应选用红色滤光片。根据实验原理，实验时需要测量的物理量有：双缝到屏的距离和n条亮(暗)条纹的距离。(3)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使单缝与双缝相互平行，且单缝、双缝距离为510 cm；要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上。答案(1)e、d、b (2)红双缝到屏的距离n条亮(暗)条纹的距离(3)使单缝与双缝相互平行，且单缝、双缝距离为510 cm使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上3在“用双缝干涉测量光的波长”实验中。(1)在观察红光的干涉图样时，现有毛玻璃屏a、双缝b、白光光源c、透镜d、单缝e等光学元件，如图甲所示将白光光源c放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为：_(选填或)。c、d、e、b、a；c、d、b、e、a。(2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐。如图乙所示若要使两者对齐，该同学应如何调节_。a仅左右转动透镜 b仅旋转单缝c仅旋转双缝 d仅旋转测量头(3)图丙为实验中用测量头测得某次条纹位置的局部图象，则x_ mm。(4)为了使测得单色光的条纹间距增大，在其它条件不变情况下，以下做法合适的是_。a增大单缝与双缝间距b增大双缝与毛玻璃屏间距c更换双缝间距更小的双缝片d增强光源亮度解析 (1)为了获取单色的线光源，光源后面应放置滤光片、单缝，单缝形成的相干线性光源经过双缝产生干涉现象，在光屏上可以观察到干涉条纹，因此，由右至左，各光学元件排列顺序应为白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、毛玻璃屏，故为cdeba，故选：。(2)发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头，故a、b、c错误，d正确。(3)游标卡尺的主尺刻度读数为1 mm，游标读数为0.0216 mm0.32 mm，所以最终读数为：l1 mm0.32 mm1.32 mm。(4)依据双缝干涉条纹间距规律x，要使x增大，可以增大l，或减小d，还可以增大，与单缝与双缝间距，及光的强度无关，故b、c正确，a、d错误。答案(1) (2)d(3)1.32(4)bc4(2019全国卷)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_。a将单缝向双缝靠近b将屏向靠近双缝的方向移动c将屏向远离双缝的方向移动d使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x，则单色光的波长_。(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为_ nm(结果保留3位有效数字)。解析(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式x可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故b项正确，a、c、d项错误。(2)由题意可知，解得。(3)将已知条件代入公式解得630 nm。答案(1)b(2)(3)630 数据处理与误差分析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、准确。1用双缝干涉测光的波长。实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离l1100 mm，双缝与屏的距离l2700 mm，双缝间距d0.25 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。甲乙丙(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x12.190 mm、对准第4条时读数x2_ mm。(2)根据以上条件，可算出这种光的波长_ nm。(保留三位有效数字)(3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是_。a改用波长较短的光(如紫光)做入射光b增大双缝到屏的距离c减少双缝间距d增大双缝间距解析(1)螺旋测微器的固定刻度为7.5 mm，可动刻度为36.80.01 mm0.368 mm，所以最终读数为7.5 mm0.368 mm7.868 mm，所以对准第4条时读数为x27.868 mm。(2)相邻条纹的间距为x mm1.89 mm，根据x得波长为 m675 nm。(3)根据x得要使条纹变稀疏，则减小双缝间距，增大双缝到屏的距离，或增大入射光的波长，故选项b、c正确，a、d错误。答案(1)7.868(2)675(3)bc2某同学用如图甲所示的双缝干涉实验仪测量光的波长。甲乙丙(1)实验中选用的双缝间距为d，双缝到像屏的距离为l，在像屏上得到的干涉图样如图乙所示。已知分划板刻线在图乙中a、b位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2，则计算入射的单色光波长的表达式为_。(2)分划板刻线在某明条纹中心位置时游标卡尺如图丙所示，则其读数为_ mm。(3)用黄色滤光片做实验时得到了干涉图样，为使干涉条纹的间距变宽，可以采取的方法是_。a仅换用紫色的滤光片b仅换用红色的滤光片c仅更换间距更大的双缝d仅使像屏离双缝距离远一些 解析(1)相邻亮纹的间距为：x ，根据公式x，则有x； (2)游标卡尺的主尺读数为3.1 cm31 mm，游标尺上第2个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为20.05 mm0.10 mm，所以最终读数为31 mm0.10 mm31.10 mm；(3)根据双缝干涉条纹间距公式x可知换用紫色的滤光片，波长减小，则相邻条纹间距减小；用红色的滤光片，波长增大，则相邻条纹间距增大，故选项b正确，a错误。根据双缝干涉条纹间距公式x可知仅更换间距更大的双缝，即d增大，则相邻条纹间距减小，故选项c错误。根据双缝干涉条纹间距公式x可知仅使像屏离双缝距离远一些，即l增大，则相邻条纹间距增大，故选项d正确。答案(1)(2)31.10(3)bd3用如图甲所示的实验装置做“双缝干涉测光的波长”实验：甲(1)以下实验装置操作及现象说法正确的是_。a测完了紫光的波长后，要再测量红光的波长，只需要更换滤光片，不需要再调节单缝及双缝就可以直接测量b去掉滤光片就观察不到干涉现象c若将光源换成激光，则不需要滤光片及单缝也能通过干涉现象测出光波的波长d若将光源换成激光，则不需要滤光片及双缝也能通过干涉现象测出光波的波长(2)在实验中，双缝间距d0.5 mm，双缝与光屏间距离l0.5 m，某次实验在分划板上得到清晰的干涉图象，分划板中心与第一条亮条纹中心， 第八条亮条纹中心对齐时游标卡尺读数如图乙所示，则分划板在第八条亮条纹中心对齐时游标卡尺读数为_ mm，单色光的波长为_ m(结果保留2位有效数字)。乙解析(1)由干涉条纹间距x知，测