[3-4]4-2用光的干涉测光的波长.doc

沪科教版高中物理选修3-4同步导学第4章 光的波动性 谢步时编第4章 光的波动性4.2 用光的干涉测光的波长【学习目标】1知识与技能：理解用双缝干涉实验测定光的波长的原理，能正确操作实验来测定光的波长。 2过程与方法：通过实验认识到不同颜色的光对应不同的波长，从实验中定性得到条纹间距与双缝距离（D）两屏距离L 、光的波长的关系，并能理论推导之，形成理论与实践相统一的思想。应用测量光的波长，这是一种间接测量法，即把不易直接测量的物理量转化为易直接测量的量，这是物理学上常用的方法之一。3情感态度与价值观：渗透科学家认识事物科学的物理思维方法，获取以科学实验追求真理的情感体验。 【要点导学】1双缝干涉使用说明书（1）双缝干涉实验仪器结构及使用方法（2）实验原理： 式中各物理量的含义 （3）先调整光源、测量光筒共轴，再在光源后放上单缝、滤光片、双缝，并调整单缝、双缝的缝宽与高度，在光屏上得到干涉条纹。 （4）用测量目镜测出n条亮条纹（或暗条纹）间的距离s，则相邻两条纹间的间距为（5）根据计算得出光的波长2 表达式 的理论推导与物理含义 在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条件下，光波的波长越长，各条纹之间的距离越大，条纹间距与光波的波长成正比。3各种色光在真空中的波长范围 红色光（ 700 620nm ）， 橙色光（ 620 600nm ）， 黄色光（600 580nm ），绿色光（ 580 490nm ），蓝色光（490 450nm）， 紫色光（600 580nm ）红色光橙色光黄色光绿色光蓝色光紫色光【方法举例】1公式的应用（1）利用此公式可以测定单色光的波长。（2）用同一双缝干涉装置做实验，选用不同颜色的滤光片做实验，得到红光x最大，紫光x最小。由此可知红光的波长最大，紫光的波长最小；用白光作双缝干涉实验时，由于白光中各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹，其中最靠近中央白色亮纹的是紫色亮纹。（3）双缝间的距离d大约为3-4mm，单缝与双缝间的距离大约5-10cm。例1 在双缝实验中，缝间距为0.45mm，观察屏离缝115cm，现用读数显微镜测得11个亮纹之间的距离为15mm，试求所用波长？解析根据题意11个亮纹之间的距离为15mm，由可得m，由，得 m说明要求理解的物理意义，在运算时注意单位的统一。例2 用红光做双缝干涉实验，在屏上P点出现第三条亮条纹，则（ ）（A）如果换绿光做双缝干涉实验，第三条亮条纹出现在P点的下方（B）如果增大双缝到光屏之间的距离，第三条亮条纹出现在P点的下方（C）如果增大双缝的每条缝的宽度，第三条亮条纹出现在P点的下方（D）如果增大双缝的间的距离，第三条亮条纹出现在P点的下方解析 绿光的波长比红光的波长短， 由可知换绿光做双缝干涉实验，减小，因此绿光的第三条亮条纹出现在P点的下方，A选项正确；如果增大双缝到光屏之间的距离L，则增大，第三条亮条纹出现在P点的上方，B选项错误；如果增大双缝的每条缝的宽度，则不变，条纹位置不变，C选项错误；如果增大双缝的间的距离d，则减小，第三条亮条纹出现在P点的下方，D选项正确。本题正确选项（A）、（D）。说明 是判断条纹位置的重要依据。如果调节双缝的每条缝的宽度与调节双缝的间的距离不能混淆。例3 在用双缝干涉测光的波长的实验中，准备了下列仪器： A 白炽灯 B 双窄缝片 C 单窄缝片 D 滤光片 E 毛玻璃光屏 （1）把以上仪器安装在光具座上，自光源起合理的顺序是_（填字母）。 图4-2-1（2）在某次实验中，用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹，其中亮纹a、c的位置利用测量头上的分划板确定，如图4-2-1所示，其中表示 a 纹位置（图甲）的手轮读数为_mm（3）如果上述实验中双缝与光屏间距为 0 . 5m ，所用的双窄缝片是相距 0 .18mm 规格的双窄缝片，则实验中所用单色光的波长为_m . （结果保留 3 位有效数字）。解析 （1）ADCBE（2）a 纹位置（图甲）的手轮读数1.789mm（3）c 纹位置（图乙）的手轮读数4.940mm， mm m说明 通过实验操作掌握用间接测量的方法测量微小物理量。【基础训练营】 一、选择题1同一装置，用不同颜色的光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）（A）由于红光的波长最长，所以用红光做双缝干涉实验时，得到的条纹间距最大（B）由于红光的波长最长，所以用红光做双缝干涉实验时，得到的条纹间距最小（C）由于紫光的波长最短，所以用紫光做双缝干涉实验时，得到的条纹间距最小（D）由于黄光的波长比蓝光的波长长，所以用黄光做双缝干涉实验时，得到的条纹间距比用黄光做双缝干涉实验时得到的条纹间距大2用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说法中正确的有（ ） （A）如果增大单缝到双缝间的距离，x 将增大（B）如果增大双缝之间的距离，x 将增大（C）如果增大双缝到光屏之间的距离，x将增大（D）如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，x将增大3在光的双缝干涉实验中，以下说法正确的是 （ ） （A）使双缝间距离变小，则条纹间隔变宽 （B）使屏与双缝间距离变小，则条纹间隔变宽 （C）将入射光由绿光改为红光，则条纹间隔变宽 （D）将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽4关于光的干涉现象，下列说法中正确的是（ ） （A）在双缝干涉实验中，亮条纹的宽度是不等的（B）在双缝干涉实验中，把入射光由红色光换成紫色光，相邻亮条纹间距变宽（C）只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象（D）频率不相同的两列光也能发生干涉现象5用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是（ ）（A）中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍（B）相邻干涉条纹之间的距离相等（C）在实验装置不变的情况下，红光的两相邻明条纹间距小于蓝光的两相邻明条纹间距（D）屏与双缝之间的距离减小，则屏上两相邻明条纹间的距离增大二、填空题6在利用双缝干涉测光的波长的实验中,当分划板中心刻线对齐某明条纹的中心时,记下此时手轮上的读数p1；转动测量头使分划板中心刻线对齐第4条明纹的中心时,记下此时手轮上的读数p2。利用刻度尺测出双缝到屏的距离l，要求出相应光波的波长，还需已知的物理量是 。如果这一已知量用x表示,则的数学表达式是_ 。7如图4-2-2甲所示，是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置，滤光片的作用是_，单缝的作用是_，双缝的作用是_，单缝和双缝之间的方向关系是_某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图1），游标卡尺的示数如图4-2-2乙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图2），游标卡尺的示数如图4-2-2丙所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图4-2-2乙游标卡尺的示数为_mm，图4-2-2丙游标卡尺的示数为_mm。实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是_，所测单色光波长为_m。白炽灯滤光片单缝双缝遮光筒屏图4-2-2甲图4-2-2乙图4-2-2丙三、计算题8一波长为0.55的绿光入射到间距为0.2mm的双缝上，求离双缝2m远处的观察屏上干涉条纹的间距。若双缝距离增加到2mm，条纹间距又是多少？9在双缝干涉实验中，已知双缝间距离是0.2 mm，双缝到光屏的距离为80 cm。某单色光的干涉图样中第一条亮纹中央到第四条亮纹中央的距离为7.80 mm，据此求单色光的波长是多少？【能力提高站】一、选择题1某同学按实验装置安装好仪器，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做如下改动，仍能使实验成功的是（ ）（A）将遮光筒内的光屏，向靠近双缝的方向移动少许，其它不动（B）将滤光片移至单缝和双缝之间，其它不动（C）将单缝向双缝移动少许，其它不动（D）将单缝与双缝的位置互换，其它不动2某学生用两支相同的手电筒射出的光作为光源做双缝干涉实验，结果在光屏上看不到干涉花纹，其原因是 （ ） （A）手电筒射出的光不是单色光 （B）干涉图样太细小看不清楚 （C）周围环境的漫反射光太强 （D）两个光源是非相干光源3用白光做双缝干涉实验时，得到彩色的干涉条纹，下列正确的说法是：（ ）（A）干涉图样的中央亮纹是白色的（B）在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹（C）在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹（D）在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关4在双缝干涉实验实验中，用红光照射双缝，在屏上得到明暗相间的干涉条纹，则（ ）（A）将黄光代替红光照射双缝，在屏上明暗条纹间距增大，条纹宽度增宽（B）在波峰与波谷叠加的地方出现明条纹，在波谷与波谷叠加的地方出现暗条纹（C）将双缝稍微向远离单缝的方向移动少许，屏上条纹间距将增大（D）将双缝稍微向远离单缝的方向移动少许，干涉现象更清晰5激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距，若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是 （A） （B） （C） （D）二、填空题6利用图4-2-3中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：A、将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄图4-2-3甲B、将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽C、将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D、换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄E、去掉滤光片后，干涉现象消失其中正确的是：_。7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，要把它们放在图4-2-4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。图4-2-4甲（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，并使各无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 。图4-2-5（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4-2-5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3中手轮上的示数 mm，求得相邻亮纹的间距为 mm。（4）已知双缝间距d为，测得双缝到屏的距离L为0.700m，由计算式 ，求得被测红光波长为 nm。三、计算题8在空间，以上亮纹和暗纹的集合都是若干组双曲线。设双缝间距离为d，屏到双缝距离为l，屏上某点到中心点距离为x，在ld和lx的条件下，相邻亮纹或相邻暗纹间的距离x可以认为是相等的。请你理论推导证明：相邻亮纹