4 實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測量光的波長

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實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長

新課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平

1.能利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測定光的波長

2.體會(huì)和掌握測量微觀量的思想和方法

3.了解楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)在光的波動(dòng)說中的重要意義

干涉圖樣

波長

刻度尺

[實(shí)驗(yàn)器材]雙縫干涉儀(包括光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃光屏)、測量頭、學(xué)生電源、導(dǎo)線、

.

[物理量的測量]1.安裝、調(diào)節(jié)雙縫干涉儀,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,使各部件水平、

,讓單縫與雙縫間的距離在8cm左右.

2.觀察白光的雙縫

現(xiàn)象.

刻度尺共軸干涉3.用單色光入射得到干涉條紋,如圖所示.轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,分劃板會(huì)左右移動(dòng),使分劃板中心刻線對齊某亮條紋的

,測出n個(gè)亮條紋間的距離a,則相鄰兩亮條紋間的距離為Δx=

.

4.利用已知的雙縫間距d,用刻度尺測出雙縫到屏的距離l,根據(jù)公式λ=

計(jì)算出波長.

5.更換d值不同的雙縫,觀察干涉條紋間距的變化,并求出相應(yīng)的

.

6.更換不同顏色的濾光片,觀察干涉條紋間距的變化,并求出相應(yīng)的

.

中心

波長波長

[解析](1)放上單縫和雙縫后,由于發(fā)生干涉現(xiàn)象,沒法調(diào)節(jié)光源的高度,故A項(xiàng)錯(cuò)誤.A(2)測量某亮紋位置時(shí),手輪上的示數(shù)如圖所示,其示數(shù)為

mm.

[解析](2)按讀數(shù)規(guī)則,讀出示數(shù)為1.5mm+47.0×0.01mm=1.970mm.

例2某同學(xué)在“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn)中,使用的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示.使用的雙縫的間距為0.025cm.實(shí)驗(yàn)時(shí),首先調(diào)節(jié)

和

的中心位于遮光筒的中心軸線上,并使

和

相互平行.當(dāng)屏上出現(xiàn)干涉圖樣后,通過測量頭(與螺旋測微器原理相似,手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周,分劃板前進(jìn)或后退0.500mm)觀察第一條亮條紋時(shí),手輪的位置如圖乙所示,觀察第五條亮條紋時(shí),手輪的位置如圖丙所示,測出雙縫與屏的距離為50.00cm,則待測光的波長λ=

nm.

光源濾光片單縫雙縫594

變式某同學(xué)在做“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn),第一次分劃板中心刻線對齊第2條亮條紋的中心時(shí)(如圖甲中的A),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,第二次分劃板中心刻線對齊第6條亮條紋的中心時(shí)(如圖丙中的B),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示.已知雙縫間距d=0.5mm,雙縫到屏的距離l=1m,則:(1)圖乙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為

cm.

[解析](1)圖乙中游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為1.2cm,游標(biāo)尺讀數(shù)為10×0.05mm=0.50mm=0.050cm,所以最終讀數(shù)為1.2cm+0.050cm=1.250cm.1.250變式某同學(xué)在做“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn),第一次分劃板中心刻線對齊第2條亮條紋的中心時(shí)(如圖甲中的A),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,第二次分劃板中心刻線對齊第6條亮條紋的中心時(shí)(如圖丙中的B),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示.已知雙縫間距d=0.5mm,雙縫到屏的距離l=1m,則:(2)圖丁中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為

cm.

[解析]

(2)圖丁中游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為1.7cm,游標(biāo)尺讀數(shù)為15×0.05mm=0.75mm=0.075cm,所以最終讀數(shù)為1.7cm+0.075cm=1.775cm.1.775變式某同學(xué)在做“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn),第一次分劃板中心刻線對齊第2條亮條紋的中心時(shí)(如圖甲中的A),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,第二次分劃板中心刻線對齊第6條亮條紋的中心時(shí)(如圖丙中的B),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示.已知雙縫間距d=0.5mm,雙縫到屏的距離l=1m,則:(3)所測光波的波長為

m(保留兩位有效數(shù)字).

6.6×10-7[注意事項(xiàng)]1.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)各器件共軸,否則光無法到達(dá)光屏.2.放置單縫和雙縫時(shí),必須使單縫與雙縫平行.3.測量條紋間距時(shí),測量頭分劃板的中心刻線要對準(zhǔn)亮條紋(或暗條紋)的中心.1.用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),已知雙縫間距離d=0.20mm,雙縫到毛玻璃屏間的距離為L=75.0cm,如圖甲所示,實(shí)驗(yàn)時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)如圖乙所示的測量頭上的手輪,使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線對準(zhǔn)如圖丙所示的第1條明條紋,此時(shí)游標(biāo)卡尺如圖戊所示,則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x1=

mm,然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線向右邊移動(dòng),直到對準(zhǔn)第5條明條紋,如圖丁所示,此時(shí)游標(biāo)卡尺如圖己所示,則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x2=

mm,由以上已知數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù),可以計(jì)算出該單色光的波長是

mm.

備用習(xí)題0.39.66.2×10-4備用習(xí)題

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光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長.

(1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表示各光學(xué)元件的字母及排列順序應(yīng)為C、

、A.

備用習(xí)題E、D、B[解析](1)由裝置圖可知為E、D、B.(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有:①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源亮度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;②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的軸線上;③用刻度尺測量雙縫到屏的距離;④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離.在操作步驟②中還應(yīng)注意

和

相互平行.

備用習(xí)題[解析](2)單縫和雙縫應(yīng)互相平行.單縫雙縫(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊,將該亮條紋定為第1條亮條紋,此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示.然后轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊,記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)為

mm,求得相鄰亮條紋的間距Δx為

mm.

(4)已知雙縫間距d為2.0×10-4m,測得雙縫到屏的距離l為0.700m,由計(jì)算式λ=

,求得所測紅光波長為

mm.

備用習(xí)題

13.8702.310

6.6×10-43.在“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中,將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上,如圖甲所示,并選用縫間距d=0.2mm的雙縫屏.從儀器注明的規(guī)格可知,毛玻璃屏與雙縫間的距離l=700mm.然后,接通電源使光源正常工作.(1)已知測量頭(與游標(biāo)卡尺類似)主尺的最小刻度是毫米,游標(biāo)尺上有50個(gè)分度.某同學(xué)調(diào)整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第1次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗條紋的編號,此時(shí)圖乙(b)中的讀數(shù)x1=1.16mm;接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時(shí)圖丙(b)中的讀數(shù)x2=

mm.

備用習(xí)題15.06[解析](1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知x2=(15.0+3×0.02)mm=15.06mm.(2)利用上述測量結(jié)果,經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離Δx=

mm;這種色光的波長λ=

nm.

備用習(xí)題

2.326631.(器材的安裝)(多選)某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),按裝置圖安裝好實(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.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強(qiáng)隨堂鞏固AC[解析]安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要注意:光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合,光源與光屏正面相對,濾光片、單縫和雙縫的中心位置在遮光筒軸線上,單縫與雙縫要相互平行,才能使實(shí)驗(yàn)成功.當(dāng)然還要保證光源發(fā)出的光束不要太暗,而濾光片是為了得到單色光,選項(xiàng)A、C正確.隨堂鞏固2.(對實(shí)驗(yàn)原理的理解)在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,能增大條紋間距的做法是 (

)A.改用頻率更高的光波

B.改用波長更長的光波C.增大雙縫間距

D.減小雙縫到光屏的距離

B隨堂鞏固3.(實(shí)驗(yàn)操作)(多選)某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后,成功地觀察到光的干涉現(xiàn)象.若他在此基礎(chǔ)上對儀器進(jìn)行如下幾種改動(dòng),還能使實(shí)驗(yàn)成功的是 (

)A.將遮光筒內(nèi)的光屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)少許,其他不動(dòng)B.將遮光筒內(nèi)的光屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)少許,其他不動(dòng)C.將單縫向雙縫移動(dòng)少許,其他不動(dòng)D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動(dòng)[解析]光屏靠近或遠(yuǎn)離雙縫時(shí),l減小或增大,仍能出現(xiàn)干涉條紋,只是條紋寬度減小或增大;改變單縫與雙縫之間的距離時(shí),干涉條紋不變;將單縫與雙縫的位置互換時(shí),只有一個(gè)光源,所以不能產(chǎn)生干涉,故A、B、C正確,D錯(cuò)誤.ABC隨堂鞏固4.(實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理)[2021·山東濰坊高二期末]在“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中:(1)已知雙縫到光屏的距離L=500mm,雙縫間距d=0.50mm,單縫到雙縫的距離s=100mm.某同學(xué)在測量時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,在