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1、课标版课标版 物理物理第7讲实验：用双缝干涉测光的波长 实验目的实验目的 1.了解光波产生稳定的干涉现象的条件。2.观察白光和单色光的双缝干涉图样。3.测定单色光的波长。实验原理实验原理 单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长之间满足=。实验器材实验器材 双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成),另外还有学生电源、导线、刻度尺。教材研读教材研读 实验步骤实验步骤 1.观察干涉条纹(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如图所示。(2)接好电源,打开开关,使灯
2、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的轴线到达光屏。(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约510 cm,这时,可观察白光的干涉条纹。(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)使分划板中心线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮条纹;转动手轮,使分划板中心线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2;将该条亮纹记为第n条亮条纹,则相邻两亮条纹间距x=。(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。(4)
3、重复测量、计算,求出波长的平均值。数据处理数据处理 1.条纹间距x=。2.波长=x。3.计算多组数据,求的平均值。注意事项注意事项 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,且注意保养。2.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、双缝平行且间距适当。3.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。4.照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴所致;干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行所致,故应正确调节。误差分析误差分析 1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距x带来的误差:(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。
4、(2)误认为x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。考点一实验原理与操作考点一实验原理与操作典例典例1 1在“用双缝干涉测光的波长”实验中:(1)实验装置采用双缝干涉仪,它由各部分光学元件在光具座上组成,现准备了下列仪器:A.光源,B.双缝片,C.单缝片,D.滤光片,E.光屏(其中双缝片和光屏连在遮光筒上)。把以上仪器安装在光具座上时,正确的排列顺序是。(2)(多选)关于本实验,正确的说法是()A.实验时应调节各器件中心共轴,并且单缝和双缝的缝应相互平行B.观察到的白光的干涉图样是
5、:可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中紫色在最外侧考点突破考点突破C.看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,且红条纹的间距比绿条纹的间距大D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数答案(1)ADCBE(或EBCDA)(2)ACD解析(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确顺序为:光源、滤光片、单缝片、双缝片、光屏,或把它们全部倒过来也可,因此,答案为AD-CBE或EBCDA。(2)实验时应使各器件的中心位于遮光筒的轴线上,且使单缝与双缝平行,A正
6、确;白光的干涉图样是彩色条纹,中央为白色亮条纹,在第一级亮条纹中红色在最外侧,B错误;由x=得红条纹的间距大于绿条纹的间距,C正确;为了减小误差,应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数,D正确。1-1某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于()A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大B.没有安装滤光片C.单缝与双缝平行D.光源发出的光束太强答案A安装实验器件时要注意使光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合,光源与光屏正面相对,滤光片、单缝和双缝要在同一高度,中心位置在遮光筒轴线上,单缝与双缝要相互平行,还要使光源发出的光不要太暗,才能使实验成功,本实
7、验如果没有安装滤光片,则会观察到彩色干涉条纹,故选A。1-2用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件:A.白炽灯B.单缝片C.光屏D.双缝E.遮光筒F.滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)(1)正确调节装置后,在屏上观察到红光干涉条纹,用测量头测出10条红亮条纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,用测量头测出10条绿亮条纹间的距离为b,则一定有ab(填“大于”、“小于”或“等于”)。(2)在双缝干涉实验中,滤光片的作用是,单缝的作用是,双缝的作用是。答案(1)大于(2)获得单色光形成线光源形成相干光源解析(1)由于红光的波长大于绿光的波长,根据x=可知,红色光的干涉条
8、纹间距大于绿色光的干涉条纹间距,因此ab。(2)各元件的作用为:滤光片的作用是获得单色光,单缝的作用是形成线光源,双缝的作用是形成相干光源。考点二仪器读数与数据处理考点二仪器读数与数据处理典例典例2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)本实验的实验步骤有: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
9、时还应注意和。(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(a)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(b)中手轮上的示数为mm,求得相邻亮纹的间距x=mm。(3)已知双缝间距d为2.010-4m,测得双缝到屏的距离l为0.700m,由计算式=,求得所测红光的波长为nm。答案(1)见解析(2)13.8702.310(3)6.6102(或660)解析(1)在操作步骤时还应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间距离大约为510cm。(2)图(b)读数为x2=13.5mm+37.00.01mm
10、=13.870mm,图(a)读数为x1=2.0mm+32.00.01mm=2.320mm所以相邻亮纹间距x=mm=2.310mm(3)由条纹间距离公式x=得=,代入数值得=6.610-7m=6.6102nm。2-1用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离d的大小恰好是图丁中游标卡尺的读数;双缝到毛玻璃间的距离大小由图丙中的毫米刻度尺读出;实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮,把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹中心线(如图乙所示),并记下测量头的读数x1(如图戊所示),然后转动手轮,把分划线向右移动,直到对准第7条亮条纹并记下测量头的读数x2(如图已所示),由以上测量数据求该单色光的波长。答案8.010-7m解析根据条纹间距公式x=可知,波长=x,由丁图可直接读出d=0.25mm=0.00025m双缝到屏的距离由丙图读出l=749.5mm=0.7495m由图乙、戊、已可知,相邻两条亮条纹间的距离x=mm=2.400mm=0.002400m,将以上数据代入得=m8.010-7m。