【志鸿优化设计】2014届高考物理第一轮复习 （梳理整合+探究突破+巩固提升）专题实验15 用双缝干涉测量光的波长（含解析） 鲁科版

1 实验实验 1515 用双缝干涉测量光的波长 用双缝干涉测量光的波长 一 实验目的 1 观察单色光的双缝干涉图样 2 测定单色光的波长 二 实验原理 如图甲所示 电灯发出的光 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 再次发生衍射 S1 S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源 透过S1 S2双缝的单色光波在屏上 相遇并叠加 S1 S2到屏上P点的路程分别为r1 r2 两列光波传到P的路程差 x r1 r2 设光波波长为 甲 1 若 x n n 0 1 2 两列波传到P点 互相加强 P点出现明条 纹 2 若 x 2n 1 n 0 1 2 两列波传到P点 互相减弱 P点出 2 现暗条纹 这样就在屏上得到了平行于双缝S1 S2明暗相间的干涉条纹 相邻两条明 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 x d l即可测出波长 l d 两条相邻明 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 如图乙所示 转动手轮 分划板会左 右移动 测量时 应使分划板中心刻线对齐条纹的中心 如 图丙所示 记下此时手轮上的读数a1 转动手轮 使分划板向一侧移动 当分划板中心 刻线对齐另一条相邻的条纹中心时 记下手轮上的刻度数a2 两次读数之差就是这两条条 纹间的距离 即 x a1 a2 三 实验器材 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 四 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 如图丁所示 2 丁 2 接好光源 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 使双缝与单缝平行 二者间 距约 5 10 cm 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 使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央 记下手轮上的读数 将该条纹记为第 1 条亮纹 转动手轮 使分划板中心刻线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条亮纹 测出n个亮条纹间的距离a 则相邻两亮条纹间距 x a n 1 3 用刻度尺测量双缝到光屏间距离l d是已知的 4 重复测量 计算 求出波长的平均值 五 注意事项 1 安装时 注意调节光源 滤光片 单缝 双缝的中心 使之均在遮光筒的中心轴 线上 并使单缝 双缝平行 2 光源灯丝最好为线状灯丝 并与单缝平行且靠近 3 光波的波长很小 x l的测量对波长 的影响很大 l用毫米刻度尺测量 x利用测量头测量 可利用 累积法 测n条亮纹间距 再求出 x 并且采用多 a n 1 次测量求 的平均值的方法来进一步减小误差 4 分划板上的刻线应与干涉条纹亮 暗 线平行 否则会增大测量结果的误差 题例 如图甲所示 在 用双缝干涉测光的波长 的实验中 光具座上放置的光学 元件依次为 光源 遮光筒 光屏 首先调节光源 元件 的中心均位于遮光筒的中心轴线上 若经粗调后透过测量头上的目镜观察 看 不到明暗相间的条纹 只看到一片亮区 造成这种情况的最可能的原因是 若调至屏上出现了干涉图样后 为增加相邻亮纹 暗纹 间的距离 可 采用 或 的方法 用测量头去测量 转动手轮 移动分划板 第一次分划板中 心刻度线对齐A条纹中心时 如图乙中 1 所示 游标卡尺的示数如图乙中 3 所示 第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时如图乙中 2 所示 游标卡尺的示数如图乙中 4 所示 已知双缝的间距为 0 5 mm 从双缝到屏的距离为 1 m 则乙图 3 中游标卡 尺的示数是 mm 乙图 4 中游标卡尺的示数为 mm 实验时测量多条干涉条 纹宽度的目的是 所测光波的波长为 m 保留两位有效数字 3 解题要点 规律总结规律总结 测量n个亮条纹的间距时 有的读数采用游标卡尺的读数方法 有的采用螺旋测微器 的读数方法 要根据题意 选取正确的读数方法 1 如图所示的双缝干涉实验 用绿光照射单缝S时 在光屏P上观察到干涉条纹 要 得到相邻条纹间距更大的干涉图样 可以 A 增大S1与S2的间距 B 减小双缝屏到光屏的距离 C 将绿光换为红光 D 将绿光换为紫光 2 如图所示 在杨氏双缝干涉实验中 激光的波长为 5 30 10 7m 屏上P点距双缝 S1和S2的光程差为 7 95 10 7 m 则在这里出现的应是 选填 明条纹 或 暗 条纹 现改用波长为 6 30 10 7m 的激光进行上述实验 保持其他条件不变 则屏上的 条纹间距将 选填 变宽 变窄 或 不变 3 2012 福建理综 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 实验装置如图 下列说法哪一个是错误的 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 4 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 x a n 1 测量某亮纹位置时 手轮上的示数如图 其示数为 mm 4 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 2 本实验的实验步骤 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 3 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐 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 条亮纹中心 对齐 记下此时图乙中手轮上的示数为 mm 求得相邻亮纹的间距 x为 mm 4 已知双缝间距d为 2 0 10 4 m 测得双缝到屏的距离l为 0 700 m 由计算公 式 求得所测红光波长为 nm 5 参考答案参考答案 考向探究突破考向探究突破 题例 答案 答案 滤光片 单缝 双缝 单缝 双缝不平行 增大光屏与双缝间的距离 减小双缝间的距离 11 4 16 7 便于测量与减小测量误差 6 6 10 7 解析 解析 看不到明暗相间的条纹 表明经单缝的光 未通过双缝变成相干光 这是单缝 双缝不平行造成的 根据 x 知 若l增大或d减小 则 x增大 即增大双缝与 l d 光屏间的距离或减小双缝间的距离 题图乙 3 中 主尺整毫米数 游标零刻度左边 为 11 mm 游标尺示数为 0 1 mm 4 0 4 mm 所以游标卡尺示数为 11 4 mm 同理 题图 乙 4 中游标卡尺示数为 16 7 mm 由题图乙 1 2 知 AB间距为干涉条纹宽度的 4 倍 即 AB 4 x 又 x 得 mm 6 6 10 4 l d AB d 4l 16 7 11 4 0 5 4 1 000 mm 6 6 10 7 m 由于干涉条纹宽度很小 为减小测量误差与便于测量 采用测多条干涉 条纹宽度的方法 演练巩固提升演练巩固提升 1 C 解析 解析 由 x 知 增大S1与S2的间距d或减小双缝屏到光屏的距离l时 l d 条纹间距变小 选项 A B 错误 将绿光换为红光 波长变大 条纹间距变大 选项 C 正确 将绿光换为紫光 波长变小 条纹间距变小 选项 D 错误 2 答案 答案 暗条纹 变宽 解析 解析 由于光程差 7 95 10 7 m 1 5 所以将出现暗条纹 由 x 可 l d 知 由于波长变大 所以条纹间距变宽 3 答案 答案 A 1 970 解析 解析 调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时 无须放上单缝和双缝 选 项 A 错误 主尺的示数为 1 5 mm 可动尺的示数为 47 0 0 01 mm 0 470 mm 总的示数为 1 5 0 470 mm 1 970 mm 4 答案 答案 1 E D B 2 单缝和双缝间距 5 10 cm 使单缝与双缝相互平行 3 13 870 2 310 4