實驗用雙縫干涉測量光的波長

實驗用雙縫干涉測量光的波長共39頁1第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁2一、實驗?zāi)康挠^察白光、單色光的干涉圖樣，測定單色光的波長．二、實驗原理雙縫干涉條紋間距公式Δx＝三、實驗器材雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺．第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁3三?實驗器材光源?濾光片?單縫遮光筒?光屏及光具座,如下圖所示.第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁4四?實驗過程1.觀察光的干涉圖樣(1)按照上圖所示的裝置安裝好儀器.(2)接通電源,閉合開關(guān),使燈絲正常發(fā)光.(3)調(diào)整各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏.(4)安裝單縫和雙縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫平行,兩者之間距離約為5cm—10cm,這時可觀察白光的干涉條紋.(5)在單縫和光源之間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋.第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁515205100202515圖（丙）第1條時讀數(shù)第4條時讀數(shù)1520510030354045圖（乙）螺旋測微器的讀數(shù)三、測定單色光的波長(1)安裝好測量頭?調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋.第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁6ΔXΔXΔXΔXΔXΔX第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁7(2)條紋間距用測量頭測出,如圖測量頭由分劃板,目鏡,手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,分劃板會左右移動,測量時應(yīng)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋中心,記下此時手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線移至另一條亮條紋中央,記下此時手輪的讀數(shù)a2;并記下兩次測量的亮(或暗)條紋數(shù)n.則相鄰兩條亮(或暗)條紋間距第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁8(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l.(4)將l?Δx代入公式求出光的波長λ.(5)重復(fù)測量,計算,求出波長的平均值.(6)換用不同顏色的濾光片,觀察干涉條紋的異同,求出相應(yīng)的波長.第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁9核心要點突破一、注意事項1．放置單縫和雙縫時，必須使縫平行．2．要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上．3．測量頭的中心刻線要對應(yīng)著亮(或暗)紋的中心．4．要多測幾個亮紋(或暗紋)中心間的距離，再求Δx.5．調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰一般是因為單縫與雙縫不平行．第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁10二、誤差分析1．(1)測雙縫到屏的距離l帶來的誤差，可通過選用mm刻度尺，進行多次測量求平均值的辦法減小誤差．(2)通過測量多條亮條紋間的距離來減小測量誤差．2．測條紋間距Δx帶來的誤差．(1)干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度．(2)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．(3)測量多條亮條紋間距離時讀數(shù)不準(zhǔn)確．第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁11典例分析一?實驗儀器的選擇與使用例1:用雙縫干涉測光的波長,實驗中采用雙縫干涉儀,它包括以下元件:A.白熾燈B.單縫片C.光屏D.雙縫E.濾光片(其中雙縫和光屏連在遮光筒上)

(1)把以上元件安裝在光具座上時,正確的排列順序是:A________(A已寫好).(2)正確調(diào)節(jié)后,在屏上觀察到紅光干涉條紋,用測量頭測出10條紅亮紋間的距離為a;改用綠色濾光片,其他條件不變,用測量頭測出10條綠亮紋間的距離為b,則一定有________大于___________.EBDCab第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁12二?實驗過程和數(shù)據(jù)處理例2:在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中,裝置如下圖所示.雙縫間的距離d=3mm.

(1)若測定紅光的波長,應(yīng)選用___________色的濾光片.實驗時需要測定的物理量有:__________________和_______________________________.紅雙縫到屏的距離Ln條亮(或暗)條紋的距離a第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁13

(2)若測得雙縫與屏之間距離為0.70m,通過測量頭(與螺旋測微器原理相似,手輪轉(zhuǎn)動一周,分劃板前進或后退0.500mm)觀察到第1條亮紋的位置如下圖(a)所示,觀察第5條亮紋的位置如下圖(b)所示.則可求出紅光的波長λ=_________m.(保留一位有效數(shù)字)7×10-7

第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁14解析:(1)若測定紅光的波長,應(yīng)用紅光進行干涉實驗,即選用紅色濾光片,這樣通過濾光片的就只有紅光,實驗雙縫到屏的距離Ln條亮(或暗)條紋的距離a.(2)圖中(a)的示數(shù)為0,(b)圖示數(shù)為0.650mm.第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁15梯度練習(xí)(學(xué)生用書P55)基礎(chǔ)強化1.某同學(xué)做雙縫干涉實驗時,按要求安裝好實驗裝置后,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能的原因()A.光源發(fā)出的光束太強B.單縫與雙縫不平行C.沒有安裝濾光片D.光束的中心軸與遮光筒的軸線不一致,相差較大答案:BD第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁162.“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中,為使光屏上單色光的條紋間距減小些,可采用的措施是()A.換用縫距大些的雙縫片B.換用縫距小些的雙縫片C.適當(dāng)調(diào)大雙縫與屏之間的距離D.適當(dāng)調(diào)小雙縫與屏之間的距離答案:AD第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁173.在利用測量頭測量條紋寬度時,應(yīng)使分劃板中心刻線最好()A.與亮條紋的邊緣對齊B.與暗條紋的邊緣對齊C.與亮條紋的中心位置對齊D.與暗條紋的中心位置對齊答案:C第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁184.在雙縫干涉實驗中,雙縫的作用是()A.遮住過于強烈的光B.使白光變成單色光C.形成兩個振動情況相同的光源D.使光發(fā)生折射答案:C第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁195.右圖所示為雙縫干涉實驗中產(chǎn)生的條紋圖樣,甲圖為用光甲進行實驗的圖樣,a為中央亮條紋.乙為換用另一種單色光乙進行實驗的圖樣,a′為中央亮條紋,則以下說法正確的是()A.乙圖條紋較寬,光乙的波長比光甲波長長B.乙圖條紋較窄,光乙的波長比光甲波長長C.乙圖的條紋較寬,光乙的波長比光甲短D.乙圖的條紋較窄,光乙的波長比光甲短第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁20答案:A第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁21能力提升6.某次實驗中,測得第一級明條紋和第三級明條紋相距4.0×10-2m,若雙縫間距為0.1mm,縫到屏的距離為L=4.0m,則光波的波長為()A.8.0×10-8mB.5.0×10-7mC.1.5×10-8m D.1.6×10-8m答案:B第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁22

7.如下圖所示,在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中,光具座上放置的光學(xué)元件有光源?遮光筒和其他元件,其中a、b、c、d各裝置的名稱依次是下列選項中的()第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁23A.a單縫?b濾光片?c雙縫?d光屏B.a單縫?b雙縫?c濾光片?d光屏C.a濾光片?b單縫?c雙縫?d光屏D.a濾光片?b雙縫?c單縫?d光屏解析:a、b、c、d各裝置的名稱分別為濾光片?單縫?雙縫?光屏,故C正確.答案:C第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁24

8.某同學(xué)在做“雙縫干涉測定光的波長”實驗時,第一次分劃板中心刻度線對齊第2條亮紋的中心時(如下圖甲中的A),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如下圖乙所示,第二次分劃板中心刻度線對齊第6條亮紋的中心時(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:第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁25(1)圖乙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為____________cm.(2)圖丁中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_____________cm.(3)所測光波的波長為____________m(保留兩位有效數(shù)字).1.2501.7756.6×10-7第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁26解析:(1)圖乙中游標(biāo)卡尺是20個分度,精確度0.05mm,讀數(shù)為12mm+0.05×10=12.50mm=1.250cm.(2)圖丁中讀數(shù)為17mm+0.05×15=1.775cm第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁27

9.用氦氖激光器進行雙縫干涉實驗,已知使用的雙縫間距離d=0.1mm,雙縫到屏的距離L=6.0m,測得屏上干涉條紋中相鄰亮紋的間距是3.8cm,氦氖激光器發(fā)出的紅光的波長λ是多少?假如把整個裝置放入折射率是的水中,這時屏上的條紋間距是多少?第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁28 解析:由條紋間距Δx,雙縫間距離d,雙縫到屏的距離L及波長λ的關(guān)系,可測波長.同理,知道水的折射率,可知該光在水中的波長,然后由d、Δx、L、λ的關(guān)系,可求出條紋間距.激光器發(fā)出的紅光的波長是6.3×10-7m.如果整個裝置放入水中,激光器發(fā)出的紅光在水中的波長設(shè)為λ′,由光的特點可知:光在傳播過程中,介質(zhì)發(fā)生變化,波長和波速發(fā)生改變,但頻率不變.第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁29答案:見解析.第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁30

10.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,要把它們放在下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.第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁31(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)元件的字母排列順序應(yīng)為C?_____________?A.E?D?B

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(2)本實驗的實驗步驟有:①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;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用米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)條亮紋間的距離.在操作步驟②時還應(yīng)注意________________________和__________________________.單縫與雙縫的間距為5cm~10cm

使單縫與雙縫相互平行

第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁33

(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時手輪上的示數(shù)如下圖甲所示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊,記下此時下圖乙中手輪上的示數(shù)____________mm,求得相鄰亮紋的間距為Δx為____________mm.13.8702.310第三十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日共39頁34

(4)已知雙縫間距d為2.0×1