高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十三章 實(shí)驗(yàn)十五 用雙縫干涉測光的波長

1、高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十三章 實(shí)驗(yàn)十五 用雙縫干涉測光的波長課件第1頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件。知識梳理2.觀察白光和單色光的雙縫干涉圖樣。3.測定單色光的波長。實(shí)驗(yàn)原理1.光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光,單色光經(jīng)過單縫后,相當(dāng)于線光源,經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣,我們通過光屏可以觀察到明、暗相間的干涉條紋,若用白光照射,通過雙縫可以在光屏上得到彩色條紋。第2頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四2.根據(jù)=x可以計(jì)算出單色光的波長。公式中d為雙縫間距離,x為相鄰兩條亮(或暗)條紋間的距離,l為雙縫到屏

2、間的距離,實(shí)驗(yàn)中d一般是已知的,所以測出l、x即可求出光的波長。x的測量可用測量頭完成,如圖所示,測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。通過測量頭可清晰地看到干涉條紋,分劃板上中心有刻線,以此作標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)手輪的讀數(shù)可求得x,由于x較小,可測出n條亮(或暗)條紋的間距a,則相鄰亮(或暗)條紋間的距離x=。第3頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏等組成),另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺。第4頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四實(shí)驗(yàn)步驟1.觀察干涉條紋(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安

3、放在光具座上。如圖所示。(2)接好電源,打開開關(guān),使燈絲正常發(fā)光。(3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒的軸線到達(dá)光屏。(4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫的縫平行,二者間距約510 cm,這時(shí),可觀察白光的干涉條紋。(5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。第5頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四2.測定單色光的波長(1)安裝測量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)a1,將該條紋記為第1條亮條紋;轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央,記下此時(shí)手輪上的讀

4、數(shù)a2;將該條亮紋記為第n條亮條紋,則相鄰兩亮條紋間距x=。(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)。(4)重復(fù)測量、計(jì)算,求出波長的平均值。第6頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四1.條紋間距x=。2.波長=x。3.計(jì)算多組數(shù)據(jù),求的平均值。注意事項(xiàng)數(shù)據(jù)處理1.雙縫干涉儀是比較精密的儀器,應(yīng)輕拿輕放,且注意保養(yǎng)。2.安裝時(shí),注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上,并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)。3.光源燈絲最好為線狀燈絲,并與單縫平行且靠近。第7頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四4.照在光屏上的光很弱,主要原因是燈

5、絲與單縫、雙縫,測量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行所致,故應(yīng)正確調(diào)節(jié)。誤差分析1.雙縫到屏的距離l的測量存在誤差。2.測條紋間距x帶來的誤差:(1)干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度。(2)誤認(rèn)為x為亮(暗)條紋的寬度。(3)分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心。(4)測量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確,此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。第8頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四1.(多選)利用雙縫干涉儀研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí),有下面幾種說法,其中正確的是()A.將屏移近雙縫,干涉條紋間距變窄B.將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的,干涉條紋間距變

6、寬C.將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后,干涉條紋間距變寬D.換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫,干涉條紋間距變窄第9頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四答案ABD由條紋間距公式x=,d指雙縫間距離,l是雙縫到屏的距離,指波長,可知:A項(xiàng)中l(wèi)減小,x變小;B項(xiàng)中變大,x變大;D項(xiàng)中d變大,x變小,故A、B、D正確。單縫與雙縫間的距離變化對干涉條紋間距無影響,C錯(cuò)誤。第10頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四2.某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于()A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.沒有安裝濾光片C

7、.單縫與雙縫平行D.光源發(fā)出的光束太強(qiáng)答案A安裝實(shí)驗(yàn)器件時(shí)要注意使光束的中央軸線與遮光筒的軸線重合,光源與光屏正面相對,濾光片、單縫和雙縫要在同一高度,中心位置在遮光筒軸線上,單縫與雙縫要相互平行,還要使光源發(fā)出的光不要太暗,才能使實(shí)驗(yàn)成功,本實(shí)驗(yàn)如果沒有安裝濾光片,則會(huì)觀察到彩色干涉條紋,故選A。第11頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四3.用雙縫干涉測光的波長,實(shí)驗(yàn)中采用雙縫干涉儀,它包括以下元件:A.白熾燈B.單縫片C.光屏 D.雙縫E.遮光筒F.濾光片(其中雙縫和光屏連在遮光筒上)(1)正確調(diào)節(jié)裝置后,在屏上觀察到紅光干涉條紋,用測量頭測出10條紅亮條紋間的距離為

8、a;改用綠色濾光片,其他條件不變,用測量頭測出10條綠亮條紋間的距離為b,則一定有ab(填“大于”、“小于”或“等于”)。(2)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,濾光片的作用是,單縫的作用是,雙縫的作用是。第12頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四答案(1)大于(2)獲得單色光形成線光源形成相干光源解析(1)由于紅光的波長大于綠光的波長,根據(jù)x=可知,紅色光的干涉條紋間距大于綠色光的干涉條紋間距,因此ab。(2)各元件的作用為:濾光片的作用是獲得單色光,單縫的作用是形成線光源,雙縫的作用是形成相干光源。第13頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四4.用某種單色光做雙縫

9、干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),已知雙縫間距離d的大小恰好是圖丁中游標(biāo)卡尺的讀數(shù);雙縫到毛玻璃間的距離大小由圖中的毫米刻度尺讀出,如圖丙所示;實(shí)驗(yàn)時(shí)先移動(dòng)測量頭(如圖甲所示)上的手輪,把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊的一條亮條紋中心線(如圖乙所示),并記下測量頭的讀數(shù)x1(如圖戊所示),然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,把分劃線向右移動(dòng),直到對準(zhǔn)第7條亮條紋并記下測量頭的讀數(shù)x2(如圖已所示),由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長。第14頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四第15頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四答案8.010-7 m解析根據(jù)條紋間距公式x=可知,波長=x,由丁圖可直接讀出d=0.25

10、mm=0.000 25 m第16頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四雙縫到屏的距離由丙圖讀出l=749.5 mm=0.749 5 m由圖乙、戊、已可知,相鄰兩條亮條紋間的距離x= mm=2.400 mm=0.002 400 m,將以上數(shù)據(jù)代入得= m8.010-7 m。第17頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四典例1在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中:(1)實(shí)驗(yàn)裝置采用雙縫干涉儀,它由各部分光學(xué)元件在光具座上組成,現(xiàn)準(zhǔn)備了下列儀器:A.光源,B.雙縫片,C.單縫片,D.濾光片,E.光屏(其中雙縫片和光屏連在遮光筒上)。把以上儀器安裝在光具座上時(shí),正確的

11、排列順序是。(2)(多選)關(guān)于本實(shí)驗(yàn),正確的說法是()A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)各器件共軸,并且單縫和雙縫的縫應(yīng)相互平行B.觀察到的白光的干涉圖樣是:可以看到彩色的干涉條紋,中央為一條白亮的零級干涉條紋;彩色條紋的排列,以零級亮條紋為中心左右對稱,在第一級亮條紋中紫色在最外側(cè)一、實(shí)驗(yàn)原理與操作重難突破第18頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四C.看到白光的干涉條紋后,在單縫前面放上紅色或綠色濾光片,即可看到紅黑相間或綠黑相間的干涉條紋,且紅條紋的間距比綠條紋的間距大D.測量時(shí)應(yīng)使測量頭的分劃板的中心刻線對齊條紋的中心再讀數(shù)解析(1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確順序?yàn)?光源、

12、濾光片、單縫片、雙縫片、光屏,或把它們?nèi)康惯^來也可,因此,答案為AD-CBE或EBCDA。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使光源、單縫、雙縫的中心位于遮光筒的軸線上,且使單縫與雙縫平行,A正確;白光的干涉圖樣是彩色條紋,中央為白色亮條紋,在第一級亮條紋中紅色在最外側(cè),B錯(cuò)誤;由x=得紅條紋的間距大于綠條紋間距,C正確;為了減少誤差,應(yīng)使分劃板的中心刻線對齊條紋中心再讀數(shù),D正確。答案(1)ADCBE(或EBCDA)(2)ACD第19頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四二、儀器讀數(shù)與數(shù)據(jù)處理典例2現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在如圖所示的

13、光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長。(1)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟有:取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒第20頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四的軸線上;用米尺測量雙縫到屏的距離;用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離。在操作步驟時(shí)還應(yīng)注意和。(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖(a)所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊,記下此時(shí)圖 (b)中手輪上的示數(shù)為mm,求得相鄰亮紋的間距x=mm。第21頁，共23頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四(3)已知雙縫間距d為2.010-4 m,測得雙縫到屏的距離l為0.700 m,由計(jì)算式=,求得所測紅光的波長為nm。解析(1)在操作步驟時(shí)還應(yīng)注意的事項(xiàng)有:放置單縫、雙縫時(shí),必須使縫平行;單縫、雙縫間距離大約為510 cm。(2)圖(b)讀數(shù)為x2=13.5 mm+37.00.01