2020高考物理一轮总复习 第十四章 振动和波 光 相对论 实验课3 用双缝干涉测光的波长课件 新人

第十四章振动和波光相对论(选修3－4)用双缝干涉测光的波长栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值．三、误差分析1．双缝到屏的距离l的测量存在误差．2．测条纹间距Δx带来的误差．(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度．(2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度．(3)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心．(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清．四、注意事项1．调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮．2．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上．3．调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离．4．不要直接测Δx，要测几个条纹的间距，计算得Δx，这样可以减小误差．5．白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】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|练高分|1．在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图甲所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图乙中的________．(2)换用间距更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹间距将________；保持双缝间距不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹间距将________．(以上均选填“变大”“变小”或“不变”)解析：(1)双缝干涉图样是平行且等间距的明暗相间的条纹，A图正确．(2)根据Δx＝ldλ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变大，当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变小．答案：(1)A(2)变大变小2．(2018届吉林大学附中月考)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D、透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图(甲)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)本实验的步骤有：①调节单缝与双缝的间距为5～10cm，并使单缝与双缝相互平行；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取下遮光筒右侧的元件，打开光源，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；④用米尺测出双缝到屏的距离；用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离；⑤将测得的数据代入公式求出红光的波长．以上步骤合理的顺序是________．(只填步骤代号)(2)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(乙)所示；然后同方向转动测量头，使分划板的中心刻线与第5条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图(丙)所示．则图(乙)中手轮上的示数是________mm；图(丙)中手轮上的示数是________mm.(3)已知双缝到屏的距离为0.500m，使用的双缝间距为2.8×10－4m，由此可求得所测红光波长为λ＝________m(结果保留三位有效数字)．解析：(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝．所以各光学元件的字母排列顺序应为③②①④⑤.(2)螺旋测微器(乙)的固定刻度读数为1mm，可动刻度读数为0．01×13.0mm＝0.130mm，则最终读数为1.130mm.螺旋测微器(丙)的固定刻度读数为5.5mm，可动刻度读数为0．01×38.0mm＝0.380mm，则最终读数为5.880mm.(3)相邻条纹的间距Δx＝5.880－1.1304mm＝1.1875mm.根据Δx＝ldλ得，λ＝Δxdl＝6.65×10－7m.答案：(1)③②①④⑤(2)1.1305.880(3)6.65×10－7考点二数据处理及误差分析——师生共研|研典例|【例】(2019届天津静海五校期末)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图(甲)所示．(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点，你认为正确的是________．A．狭缝和光源必须平行放置B．各元件的中心可以不在遮光筒的轴线上C．双缝间距离越大呈现的干涉条纹越密D．若将滤光片移走则无干涉现象产生(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐A条纹中心时，游标卡尺的示数如图(乙)(c)所示，第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时，游标卡尺的示数如图(乙)(d)所示．已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图(乙)(d)中游标卡尺示数为________mm.所测光波的波长为________m．____________(保留两位有效数字)(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________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值．[解析](1)在用狭缝观察以线状白炽灯为光源的光的干涉现象时狭缝必须与灯丝平行，这时干涉条纹与狭缝平行，狭缝与灯丝垂直时观察不到明显的干涉条纹，故A正确；各元件的中心必须在遮光筒的轴线上，B错误；由Δx＝ldλ可知，条纹间距疏密程度与双缝间距有关，双缝间距离越大，条纹间距越小，呈现的干涉条纹越密，故C正确；去掉滤光片后，白光透过双缝，白光由七种色光组成，其波长不一样，则条纹间距不同，则形成彩色条纹，故D错误．(2)图(c)中游标卡尺示数为1.1cm＋0.1mm×4＝11.4mm，图(d)中游标卡尺示数为1.6cm＋0.1mm×7＝16.7mm；则Δx＝16.7－11.44mm＝1.325mm.根据Δx＝ldλ可得，λ＝Δx·dl＝1.325×10－3×0.5×10－31m＝6.6×10－7m.(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，条纹间距测量值Δx偏大，根据干涉条纹的间距公式为Δx＝ldλ，波长测量值也偏大．[答案](1)AC(2)16.76.6×10－7(3)大于|练高分|1．在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________(填“”“＝”或“”)Δx2.若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为________mm.解析：根据公式Δx＝ldλ，红光波长大于绿光波长，因此Δx1Δx2.根据题意，条纹间距Δx＝10.56－1mm＝2.1mm，所以d＝lλΔx＝3.00×10－4m＝0.300mm.答案：0.3002．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)2.316.6×1023．(2019届湖北八校联考)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)如图1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1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．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)(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2甲所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图2乙所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺如图2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)干涉图样是平行且等间距的明暗相间的条纹，因此是甲图．(2)由左至右各光学元件的排列顺序是白光光源，然后是滤光片，使之变为红光，然后是单缝、双缝，使一束红光变为相干的两束红光，最后是光屏，应填CEDBA.(3)图乙示数为111mm＋2×0.05mm＝111.10mm，图丙示数为115mm＋13×0.05mm＝115.65mm相邻条纹间距Δx＝a2－a1n－1＝0.65mm由Δx＝ld·λ可得λ＝6.5×10－7m.答案：(1)甲(2)CEDBA(3)111.106.5×10－7