第4課 實驗：用雙縫干涉測量光的波長-2023-2024學年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第4課用雙縫干涉測量光的波長學習目標學習目標課程標準學習目標會用雙縫干涉試驗測量光的波長。1．把握試驗原理、步驟。2．會進行數(shù)據(jù)處理、誤差分析。3．能適當創(chuàng)新。002預習導學（一）課前閱讀：雙縫干涉條件、相鄰紋間距表達式、薄膜干涉（二）基礎梳理一、原理、步驟1.試驗原理單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光波長λ之間滿足.2.試驗過程(1)觀看雙縫干涉圖樣①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示.②接好光源，打開開關，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)出的光能沿到達光屏.④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的位于遮光筒的軸線上，使單縫與雙縫，二者間距約為5～10cm.⑤在單縫和光源間放上，觀看單色光的干涉條紋.(2)測定單色光的波長①安裝測量頭，調(diào)整至可清楚觀看到干涉條紋.②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的，登記此時手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的，登記此時手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第n條亮條紋.③用刻度尺測量雙縫與光屏間距離l(d是已知的).④轉(zhuǎn)變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復測量.【概念連接】疊加、干涉、雙縫干涉【拓展補充】共軸、平行【即學即練】1.在觀看光的雙縫干涉現(xiàn)象的試驗中：(1)將激光束照在如圖乙所示的雙縫上，在光屏上觀看到的現(xiàn)象是圖甲中的________。(2)換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀看到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀看到的條紋寬度將________(以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”)。2.在“觀看光的干涉現(xiàn)象”的試驗中，將兩片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上劃出不同間隙的雙縫；按如圖所示的方法，讓激光束通過自制的雙縫，觀看在光屏上消滅的現(xiàn)象。(1)保持縫到光屏的距離不變，換用不同間隙的雙縫，雙縫的間隙越小，屏上明暗相間的條紋間距________(填“越大”或“越小”)。(2)保持雙縫的間隙不變，光屏到雙縫的距離越大，屏上明暗相間的條紋間距________(填“越大”或“越小”)。(3)在雙縫間的距離和雙縫與屏的距離都不變的條件下，用不同顏色的光做試驗，發(fā)覺用藍色光做試驗在屏上明暗相間的條紋間距比用紅色光做試驗時________(填“大”或“小”)。(4)在該試驗中，若所用激光的波長為5.300×10－7m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為1.855×10－6m，則在這里消滅的應是________(填“亮條紋”或“暗條紋”)?！疚Ⅻc撥】亮暗紋看波程差與波長的關系二、數(shù)據(jù)處理1.條紋間距Δx＝eq\f(an－a1,n－1).2.波長λ＝.3.計算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值.【概念連接】游標卡尺、螺旋測微器【拓展補充】測量頭【即學即練】某同學利用圖所示裝置測量某種單色光的波長.試驗時，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀看到干涉條紋.回答下列問題：(1)若想增加從目鏡中觀看到的條紋個數(shù)，該同學可________；A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向靠近雙縫的方向移動C.將屏向遠離雙縫的方向移動D.使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝________；(3)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm，則所測單色光的波長為________nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).【微點撥】留意相鄰紋間距的測量三、誤差分析留意事項(1)安裝時，留意調(diào)整光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的上，并使單縫、雙縫且間距適當.(2)光源燈絲最好為燈絲，并與單縫且靠近.(3)調(diào)整的基本依據(jù)：照在光屏上的光很弱，主要緣由是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒所致；干涉條紋不清楚，一般緣由是單縫與雙縫所致.【概念連接】偶然誤差、系統(tǒng)誤差、確定誤差、相對誤差【即學即練】用雙縫干涉測量光的波長試驗裝置如圖甲所示。將雙縫干涉試驗儀器按要求安裝在光具座上，光源發(fā)的光經(jīng)濾光片(裝在單縫前)成為單色光，把單縫照亮。單縫相當于一個線光源，它又把雙縫照亮，已知雙縫間的距離為0.3mm。透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。遮光筒的一端裝有毛玻璃屏，通過目鏡，我們可以在屏上觀看到干涉條紋。(1)試驗時，需要通過光具座上的刻度尺測量的物理量是______與________之間的距離；(2)某次試驗中將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，并將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示；然后轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，此時手輪上的示數(shù)如圖丙所示。圖乙的示數(shù)為________mm，圖丙的示數(shù)為________mm；(3)若在(1)中測得的數(shù)據(jù)是1.2m，則本次試驗測得的這種光的波長是________m(保留2位有效數(shù)字)；(4)若試驗中發(fā)覺條紋太密，可實行的改善方法有__________________________(至少寫一條)。（三）預習作業(yè)1．(多選)圖中給出了“用雙縫干涉測量光的波長”試驗示意圖，雙縫S1和S2間距為0.80mm，雙縫到屏的距離為0.80m.波長為500nm的單色平行光垂直入射到雙縫S1和S2上，在屏上形成干涉條紋.中心軸線OO′上方第1條亮紋中心位置在P1處，第3條亮紋中心位置在P2處.現(xiàn)有1號、2號蟲子分別從S1、S2動身以相同速度沿垂直屏方向飛行，1號蟲子到達屏后，沿屏直線爬行到P1,2號蟲子到達屏后，沿屏直線爬行到P2.假定兩只蟲子爬行速率均為10－3m/s.正確的是()A.1號蟲子運動路程比2號短B.兩只蟲子運動的時間差為0.2sC.兩只蟲子運動的時間差為1.0sD.已知條件不夠，兩只蟲子運動時間差無法計算2．在“用雙縫干涉測量光的波長”的試驗中，請依據(jù)題目要求回答下列問題：(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋外形示意圖，其中干涉圖樣是________(填“甲”或“乙”).(2)將下表中的光學元件放在圖所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測量光的波長的試驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長.元件代號ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，從左至右，表示各光學元件的排列挨次應為________.(填寫元件代號)(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離l＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板中心刻線在圖中A位置時游標卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為________mm；在B位置時游標卡尺如圖(c)所示.由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為________m(保留2位有效數(shù)字).003探究提升環(huán)節(jié)一原理、步驟思考：圖所示是“用雙縫干涉測量光的波長”試驗的裝置。試驗中：(1)觀看到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清楚，值得嘗試的是________(單選)。A．旋轉(zhuǎn)測量頭B．增大單縫與雙縫間的距離C．調(diào)整撥桿使單縫與雙縫平行(2)要增大觀看到的條紋間距，正確的做法是________(單選)。A．減小單縫與光源間的距離B．減小單縫與雙縫間的距離C．增大透鏡與單縫間的距離D．增大雙縫與測量頭間的距離環(huán)節(jié)二數(shù)據(jù)處理問題探究1：如圖所示為雙縫干涉試驗的裝置示意圖，現(xiàn)要利用這套裝置來測量某種單色光的波長.(1)裝置示意圖中有三個電學元件的名稱空缺，關于它們的說法正確的是________.A.①是雙縫，③是濾光片B.②是雙縫，③是單縫C.②是單縫，③是雙縫(2)用20分度的游標卡尺測量雙縫間距如圖甲所示，雙縫間距d＝________mm.(3)圖乙為試驗得到的干涉條紋，用測量頭測出了第1條和第6條亮條紋中心間的距離為Δx，已知雙縫到光屏的距離為l，則所測單色光波長的計算式為λ＝______(用題中所給的字母表示).環(huán)節(jié)三誤差分析問題探究2：在“用雙縫干涉測量光的波長”的試驗中，試驗裝置如圖所示.(1)某同學以線狀白熾燈為光源，對試驗裝置進行調(diào)整并觀看了試驗現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點：A.燈絲與單縫和雙縫必需平行放置B.干涉條紋與雙縫垂直C.干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關D.干涉條紋的間距與光的波長有關以上幾點中，你認為正確的是________.(2)當測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條紋的中心時，手輪上的示數(shù)如圖甲所示，該讀數(shù)為______mm.(3)假如測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖乙所示.則在這種狀況下來測量干涉條紋的間距Δx時，測量值_______(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值.環(huán)節(jié)四創(chuàng)新試驗問題探究3：在“用雙縫干涉測量光的波長”的試驗中，請依據(jù)題目要求回答下列問題：(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋外形示意圖，其中干涉圖樣是________(填“甲”或“乙”).(2)將下表中的光學元件放在下圖所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測量光的波長的試驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長.元件代號ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，從左至右，表示各光學元件的排列挨次應為________.(填寫元件代號)(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離l＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板中心刻線在圖中A位置時游標卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為________mm；在B位置時游標卡尺如圖(c)所示.由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為________m(保留2位有效數(shù)字).004體系構(gòu)建原理（雙縫干涉Δx＝eq\f(l,d)λ）---步驟（測量頭）---數(shù)據(jù)處理（統(tǒng)一單位）---誤差分析---創(chuàng)新005記憶清單一、原理、步驟★學習聚焦：共軸、平行、測量頭二、數(shù)據(jù)處理★學習聚焦：不要直接測Δx，要測多條亮條紋的間距再計算得到Δx，這樣可以減小誤差。三、誤差分析★學習聚焦：留意事項(1)調(diào)整雙縫干涉儀時，要留意調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。(2)放置單縫和雙縫時，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。(3)調(diào)整測量頭時，應使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對齊，登記此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對齊，登記此時手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條亮條紋間的距離。(4)不要直接測Δx，要測多條亮條紋的間距再計算得到Δx，這樣可以減小誤差。(5)白光的干涉觀看到的是彩色條紋，其中白色在中心，紅色在最外層。00601強化訓練1、在“用雙縫干涉測光的波長”試驗中，將雙縫干涉試驗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，像屏與雙縫屏間的距離l＝700mm。然后，接通電源使光源正常工作。(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50個分度。某同學調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示，圖乙(a)中的數(shù)字是該同學給各暗紋的編號，此時圖乙(b)中游標尺上的讀數(shù)x1＝1.16mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示，此時圖丙(b)中游標尺上的讀數(shù)x2＝________mm。(2)利用上述測量結(jié)果，經(jīng)計算可得兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離Δx＝______mm；這種色光的波長λ＝______nm。2、現(xiàn)有：A毛玻璃屏、B雙縫、C白光光源、D單縫、E透紅光的濾光片等光學元件。要把它們放在如圖甲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放在光具座的最左端，依次放置其它光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列挨次為C、________、________、________、A。(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋的中心對齊，將該亮條紋定為第一條亮條紋，此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示，記為x1。然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第六條亮條紋中心對齊，此時手輪上的示數(shù)如圖丙所示，記為x2。則x2＝________mm。(3)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，由計算式λ＝__________，求得所測紅光波長為________nm。(公式要求按題目所給具體符號填寫，計算結(jié)果保留整數(shù)，1nm＝10－9m)3、關于雙縫干涉試驗，下列說法正確的是（）A.用復色光投射就看不到條紋B.明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相間條紋D.藍光干涉條紋的間距比紅光的大4、（多選）某同學接受圖甲所示的試驗裝置爭辯光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫，的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，試驗中分別在屏上得到了圖乙，圖丙所示圖樣。下列描述正確的是（）

A.圖乙是光雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時，若光從狹縫、到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處肯定是暗條紋5、用雙縫干涉測光的波長的試驗裝置如圖甲所示，已知單縫與雙縫的距離L1＝60mm，雙縫與光屏的距離L2＝700mm，單縫寬d1＝0.10mm，雙縫間距d2＝0.25mm。(1)分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮條紋的中心時，手輪上的讀數(shù)如圖乙所示，則對準第1條時讀數(shù)x1＝______mm，對準第4條時讀數(shù)x2＝________mm，相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝________mm。(2)本試驗中計算波長的公式λ＝______，求得的波長是________nm(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。6、小沈同學進行“用雙縫干涉測量波長”的試驗，(1)其中部分器材如下：A．白熾燈B．凸透鏡C．單縫片D．濾光片E．測量頭F．雙縫片將以上器材安裝在光具座遮光筒上時，自光源起合理的挨次是(填字母)：A、B、________、________、F、E。(2)某次觀看時，透過測量頭觀看到了綠光的干涉條紋，但條紋的亮度很低，為了便于測量，下列方法能夠使條紋亮度增加的是________。A．增加光源的功率B．將毛玻璃換成透亮?????玻璃C．換一個面積更大的凸透鏡D．調(diào)整測量頭的位置(3)下列圖示中條紋間距表示正確的是________。(4)如圖所示的是小沈同學參考課本上“用光傳感器做雙縫干涉的試驗”進行試驗，圖甲、乙分別對應的是第一、二次試驗得到的干涉圖線。比較甲、乙兩圖線可推斷，第一次試驗中的________。A．單縫與雙縫的縫距肯定較大B．光強度較小C．光源離雙縫的距離較大D．雙縫離光傳感器的距離可能較小7、在“用雙縫干涉測光的波長”的試驗中，請依據(jù)題目要求回答下列問題。(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋外形示意圖，其中干涉圖樣是________。(2)將下表中的光學元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測光的波長的試驗裝置，并用此裝置測量紅光的波長。元件代號ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的排列挨次應為________。(填寫元件代號)(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離L＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板在圖中A位置時游標卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為________mm；在B位置時游標卡尺如圖(c)所示。由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此