《2020版高考物理粤教版大一轮复习讲义：第十四章 实验十六 Word版含解析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理粤教版大一轮复习讲义：第十四章 实验十六 Word版含解析.pdf（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、实验十六 用双缝干涉测光的波长实验十六 用双缝干涉测光的波长 1.实验原理 如图 1 所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝 S 时发生衍射，这时单 缝 S 相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝 S1和 S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调 完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离 x 与入射光波长 ，双缝 S1、S2间 距离 d 及双缝与屏的距离 L 有关，其关系式为：x ，因此，只要测出 x、d、L 即可测 L d 出波长 . 图 1 两条相邻亮(暗)条纹间的距离 x 用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图 2 所示. 图 2 2.实验器材
2、双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外 还有学生电源、导线、刻度尺. 3.实验步骤 (1)观察双缝干涉图样 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图 3 所示. 图 3 接好光源，打开开关，使灯丝正常发光. 调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏. 安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约 为 510 cm. 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 安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹. 使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图 4 所示，记下此时手轮
3、上的读数，将该条 纹记为第 1 条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手 轮上的读数，将该条纹记为第 n 条亮条纹，测出 n 条亮条纹间的距离 a，则相邻两亮条纹间 距 x. a n1 图 4 用刻度尺测量双缝到光屏间距离 l(d 是已知的). 重复测量、计算，求出波长的平均值. 1.数据处理 (1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第 1 条亮条纹中央时读数为 a1， 在第 n 条亮条纹中央时读数为 an，则 x. ana1 n1 (2)根据条纹间距与波长的关系 x 得 x， 其中 d 为双缝间距， l 为双缝到光屏的距离 L d d L (3)
4、测量时需测量多组数据，求 的平均值. 2.注意事项 (1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束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亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动 手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差 就表示这两条亮条纹间的距离. (4)不要直接测 x，要测多条亮条纹的间距再计算得到 x，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，红色在最外层. 3.误差分析 (1)双缝到光屏的距离 L
5、的测量存在误差. (2)测条纹间距 x 带来的误差： 干涉条纹没有调整到最清晰的程度. 误认为 x 为亮条纹的宽度. 分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心. 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. 命题点一 教材原型实验命题点一 教材原型实验 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 5 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. 甲 图 5 (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 字母排列最佳顺序应为 C、_、
6、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)测量数条亮条纹间的距离. 在操作步骤时还应注意_和_. (3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1 条亮条纹，此时 手轮上的示数如图乙所示.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，记下此时图丙中手轮上的示数为_ mm，求得相邻亮条纹的间距 x 为_ mm. (4)已知双缝间距 d 为 2.0104 m
7、， 测得双缝到屏的距离 l 为 0.700 m， 由计算式 _， 求得所测红光波长为_ nm. 答案 (1)E、D、B (2)见解析 (3)13.870 2.310 (4) x 6.6102 d l 解析 (1)通过滤光片获得单色光，通过单缝获得线光源，通过双缝获得相干光，故最佳顺序 为 C、E、D、B、A. (2)单缝和双缝间距为 510 cm，使单缝与双缝相互平行. (3)题图丙中固定刻度读数为 13.5 mm，可动刻度读数为 37.00.01 mm.二者相加为 13.870 mm， 题图乙中的读数为 2.320 mm，所以 x mm2.310 mm. 13.8702.320 61 (4)
8、根据 x ，得 x，代入数据得 6.6102 nm. l d d l 变式 1 (多选)(2017全国卷34(1)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后 的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( ) A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动 答案 ACD 解析 根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距 x 可知，要使 x 增大，可以增大波长或增 l d 大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项 A、C、D 正确，B、E 错误. 变式 2 用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝
9、间的距离 d 的大小恰好是图 6 丁中游标 卡尺的读数；双缝到毛玻璃屏间的距离的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(如图乙所示)，并记 下手轮上的读数 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 纹中心并记下手轮上的读数 x2(如图己所示)， 由以上测量数据求该单色光的波长.(结果保留两 位有效数字) 图 6 答案 8.0107 m 解析 根据条纹间距公式x 可知，波长 x，由题图丁可直接读出d0.25 mm0.000 25 l d d l m，双缝到屏的距离由题图丙读出l74.90
10、cm0.749 0 m.由题图乙、戊、己可知，两条相邻亮条 纹间的距离 x mm2.400 mm0.002 400 m. 14.7000.300 6 将以上数据代入得 m8.0107 m. dx l 0.000 25 0.002 400 0.749 0 命题点二 实验拓展与创新命题点二 实验拓展与创新 例 2 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 x1与绿光的干涉条纹间距 x2相比，x1_x2(填“”“”或“”). 若实验中红光的波长为 630 nm，双缝与屏幕的距离为 1.00 m，测得第 1 条到第 6 条亮条纹中 心间的距离为 10
11、.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm. 答案 0.3 解析 双缝干涉条纹间距 x ， 红光波长较长， 所以红光的双缝干涉条纹间距较大， 即 x1 l d x2.相邻条纹间距 x2.1 mm2.1103 m，根据 x 可得 d0.3 10.5 mm 5 l d l x mm. 变式 3 1801 年，托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834 年，洛埃利用平面镜 同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验). 图 7 (1)洛埃镜实验的基本装置如图 7 所示，S 为单色光源，M 为平面镜，试用平面镜成像作图法 画出 S 经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域. (2)设光源 S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为 a 和 L，光的波长为 ，在光屏 上形成干涉条纹，写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离 x 的表达式. 答案 见解析 解析 (1)如图所示 (2)x ，因为 d2a，故 x. L d L 2a