2018版高考物理一轮复习第十三章波与相对论实验十六用双缝干涉测光的波长课件

实验十六用双缝干涉测光的波长突破点(一)实验原理与操作[典例1]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，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序为C、______、A。(2)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安装各光学元件，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)测量数条亮条纹间的距离。在操作步骤②时还应注意_______________________。(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，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条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，为________mm，求得相邻亮条纹的间距为Δx＝________mm。[解析](1)滤光片E的作用是从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上。各组成部分在光具座上的正确排序为：光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填E、D、B。(2)安装调节各元件时，应使单缝与双缝的间距为5～10cm；使单缝与双缝的缝相互平行；保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。(3)螺旋测微器的读数规则：先读整数刻度，然后看半毫米刻度线是否露出，最后读可动刻度。由题图可以读出，a1＝2.320mm，a2＝13.870mm。所以相邻亮条纹间距Δx＝a2－a1n－1＝13.870－2.3206－1mm＝2.310mm。[答案](1)E、D、B(2)单缝与双缝间的距离为5～10cm；使单缝与双缝的缝相互平行(3)13.8702.310[集训冲关]1．(多选)利用图所示装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是()A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄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，干涉条纹间距变窄解析：由条纹间距公式Δx＝ldλ，d指双缝间距离，l指双缝到屏的距离，可知：A项中l减小，Δx变小；B项中λ变大，Δx变大；D项中d变大，Δx变小。故A、B、D正确。答案：ABD2．在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的________。(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”、“变窄”或“不变”)。解析：(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确。(2)根据Δx＝ldλ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄。答案：(1)A(2)变宽变窄3.在“观察光的干涉现象”的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按如图所示的方法，让激光束通过自制的双缝，观察在光屏上出现的现象。(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距________(填“越大”或“越小”)。(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距________(填“越大”或“越小”)。(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时________(填“大”或“小”)。(4)在该实验中，若所用激光的波长为5.300×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.855×10－6m，则在这里出现的应是________(填“亮条纹”或“暗条纹”)解析：(1)由Δx＝ldλ可知双缝间隙d越小，屏上明暗相间的条纹间距Δx越大。(2)由Δx＝ldλ可知，光屏到缝的距离l越大，明暗相间的条纹间距Δx越大。(3)由Δx＝ldλ可知，因蓝色光的波长比红色光的波长小，故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小。(4)屏上P点距双缝S1和S2的路程差为所用激光的波长的3.5倍，所以P点应出现暗条纹。答案：(1)越大(2)越大(3)小(4)暗条纹突破点(二)数据处理与误差分析[典例2]在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，正确的是()A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置B．干涉条纹与双缝垂直C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D．干涉条纹的间距与光的波长有关(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________mm。(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值(填“大于”、“小于”或“等于”)。[解析](1)为了获得清晰的干涉的亮条纹，A正确；干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的疏密Δx＝ldλ与单缝宽度无关，C错误，D正确。(2)手轮的读数为0.5mm＋20.0×0.01mm＝0.700mm。(3)条纹与分划板不平行时，实际值Δx实＝Δx测cosθ，θ为条纹与分划板间的夹角，故Δx实Δx测。[答案](1)AD(2)0.700(3)大于[集训冲关]4．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，如图甲所示，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个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(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丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm。(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Δx＝______mm；这种色光的波长λ＝______nm。解析：(1)由游标尺的读数规则可知：x2＝(15.0＋1×0.02)mm＝15.02mm。(2)图乙(a)中暗纹与图丙(a)中暗纹间的间隔为6个，故Δx＝x2－x16＝2.31mm；由Δx＝ldλ可知λ＝d·Δxl＝6.6×102nm。答案：(1)15.02(2)2.316.6×1025．(2017·湖北八校联考)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。(1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________。(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。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，表示各光学元件的排列顺序应为________。(填写元件代号)元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离L＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图甲所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图乙所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺如图丙所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m。解析：(1)图甲中的条纹间距和宽度相同，是干涉图样，图乙是衍射图样。(2)光源发出的白光，各种频率都有，加上E后通过的只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为CEDBA。(3)A位置的示数为111.10mm，B位置的示数为115.45mm，图甲中AB之间的距离为(115.45～111.10)mm＝4.35mm，则相邻条纹的间距为Δx＝4.357mm，再根据公式Δx＝Ldλ，代入数据得波长为6.2×10－7m。答案：(1)甲(2)CEDBA(3)111.106.2×10－7