2011届高中物理一轮复习精品资料实验十五用双缝干涉测光的波长

用双缝干涉测光的波长一、考点知识梳理实验目的：1.明确实验器材的构成及其作用.2.观察白光及单色光的双缝干涉图样.3.测定单色光的波长.实验原理：1、光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到.图样中相邻两条亮(暗)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λ之间满足.通过测量d、L、Δx就可计算出光的波长.2、双缝间的距离d是已知的，双缝到屏的距离L可以用________测出，相邻两条亮（暗）纹间的距离Δx用_________（如图实14-1）测出.测量头由______、_______、_______等构成.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_______（如图实14-2），记下此时手轮上的读数.转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数.两次读数________就表示这两条条纹间的距离.实验器材：双缝干涉仪、米尺、测量头.二、考点知识解读（一）、实验步骤：①、观察双缝干涉图样：1．如图实14-3所示，把直径约10cm、长约1m的遮光简水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏.2．取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.3．放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离约为5cm～10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样.图实14-1图14-2图实14-34.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样.5．分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化.②测定单色光的波长：6．已知双缝间的距离d，用米尺测出双缝到屏的距离L，用测量头测出相邻两条亮(暗)纹间的距离x，由dxl，算单色光的波长.为了减小误差，可测出n条亮纹(暗)纹间的距离a，则可以求出相邻两条亮（暗）纹间的距离1xan.例如，转动测量头上的手轮，把分划板上的刻线对准视场左边的某一亮条纹（记下读数1x），把分划板向右移动，使之对齐第7条亮条纹（记下读数2x），则216xxx.7．换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间距的变化，并求出相应色光的波长.（二）、注意事项：1．单缝双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等.2．测双缝到屏的距离，可用米尺测多次取平均值.3．测条纹间距x时，用测量头测出n条亮（暗）纹间的距离a，求出相邻的两条明（暗）纹间的距离1xan.4.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒，测量头等元件。5.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去。6.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。7.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。8.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节。图实14-4（三）、数据处理方法单色光波长的求解：范例：用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d的大小恰好是图实14-5中游标卡尺的读数，双缝到毛玻璃屏间的距离L的大小也由图实14-6中毫米刻度尺读出.实验时先移动测量头上的手轮，把分化线对准靠近最左边的一条明条纹（如图实14-7所示），并记下螺旋测微器的读数1a（如图实14-8所示），然后转动手轮，把分划线向右边移动，直到对准第7条明条纹并记下螺旋测微器的读数2a（如图实14-9所示），试由以上测量数据求该单色光的波长.图实14-5图实14-6图实14-8图实14-9图实14-7由图实14-5读得所用双缝间距d＝0.25mm.图实14-6中双缝的位置1100Lmm，毛玻璃屏的位置2938.2Lmm，则双缝到屏的间距838.2Lmm.图简谱14-8和图14-4-9中手轮的初始读数为10.300amm，转动手轮，分划板中心刻线移动到第7条线时手轮读数214.700amm，则相邻亮条纹间的距离.（四）、误差来源及分析1.光波的波长很小，x、l的测量对波长的影响很大.2.在测量l时，一般用毫米刻度尺，而测量x时，用千分尺.3.多次测量求平均值减小偶然误差.[例题]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，要把它们放在图实14-10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.⑴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.⑵本实验的步骤有：①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；②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；③用米尺测量双缝到屏的距离；④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②时还应注意___________________和___________________.⑶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实14-11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，记下此时图实14-12中手轮上的示数__________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为遮光筒图实14-10__________mm.⑷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λ=________，求得所测红光波长为__________nm.【思路点拨】⑴滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取点光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏.所以排列顺序为：C、E、D、B、A.⑵在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离大约为5cm—10cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上.⑶螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，读数为13.870mm.图中读数为2.320mm，所以相邻条纹间距：13.8702.3202.3105xmm⑷由条纹间距公式lxd得：dxl，代入数值得：726.6106.610mnm.【变式训练】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（如图实14-131），并选用缝间距d=0.2mm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=700mm。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1次映入眼帘的干涉条纹如图2（a）所示，图2（a）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图2（b）中游标尺上的读数x1=1.16mm；接着再转图实14-1103530104035图实14-12图实14-13动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图3（a）所示，此时图3（b）中游标尺上的读数x2=；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。解析：由游标卡尺的读数规则可知x2=15.0mm+1×0.02mm=15.02mm；图2（a）中暗纹与图3（a）中暗纹间的间隔为6个，故△x=（x2-x1）/6=(15.02-1.16)/6=2.31mm；由△x=Lλ/d可知λ=d△x/L=0.20mm×2.31mm/700mm=6.6×102nm。（2009年北京卷21．）（1）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1），并选用缝间距d=0.2mm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=700mm。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1次映入眼帘的干涉条纹如图2（a）所示，图2（a）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图2（b）中游标尺上的读数x1=1.16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图3（a）所示，此时图3（b）中游标尺上的读数x2=；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。【解析】由游标卡尺的读数规则可知x2=15.0mm+1×0.02mm=15.02mm；图2（a）中暗纹与图3（a）中暗纹间的间隔为6个，故△x=（x2－x1）/6=(15.02－1.16)/6=2.31mm；由△x=Lλ/d可知λ=d△x/L=0.20mm×2.31mm/700mm=6.6×102nm。答案①15.02②2.31；6.6×102