實驗十五　用雙縫干涉實驗測量光的波長

實驗十五用雙縫干涉實驗測量光的波長1.如圖甲所示為雙縫干涉實驗的裝置示意圖,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(xué)元件的名稱空缺,關(guān)于它們的說法正確的是C(填選項前的字母).

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)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),下列操作可行的是B(填選項前的字母).

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(3)實驗過程中移動測量頭使分劃板中心刻線與某一級暗條紋中心對齊,此時測量頭標(biāo)尺如圖乙所示,其讀數(shù)是19.40mm.

(4)用測量頭測出了第1條和第6條亮紋中心間的距離為Δx,已知雙縫到光屏的距離為L,雙縫間距為d,則所測單色光波長的計算式為λ=

dΔx5L[解析](1)在雙縫干涉實驗中①②③分別為濾光片、單縫、雙縫,故C正確,A、B錯誤;(2)增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),即條紋的寬度減小,相鄰亮紋間的距離為Δx=Ldλ.將單縫向雙縫靠近,不影響干涉條紋間距,故A錯誤;將屏向靠近雙縫的方向移動,即減小雙縫到屏的距離L,故B正確;將屏向遠離雙縫的方向移動,即增大雙縫到屏的距離L,故C錯誤;使用間距更小的雙縫,即減小雙縫間距離d,故D錯誤(3)題中是20分度的游標(biāo)卡尺,其精確度為0.05mm,由圖可知,主尺的讀數(shù)為19mm,游標(biāo)尺的讀數(shù)為8×0.05mm=0.40mm,所以讀數(shù)為d=19mm+0.40mm=19.40mm.(4)相鄰兩條亮紋中心間的距離為Δx'=Δx5,根據(jù)Δx'=Ldλ,則所測單色光波長的計算式為λ2.某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光波長.實驗時,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察到干涉條紋.回答下列問題:(1)關(guān)于本實驗,下列說法正確的是A(填選項前的字母).

A.若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮,則可能是光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致B.若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),則應(yīng)將屏向遠離雙縫方向移動C.使用間距更小的雙縫會使條紋間距變小(2)某次測量時,選用的雙縫的間距為0.4mm,測得屏與雙縫間的距離為0.5m,用某種單色光實驗得到的干涉條紋如圖乙所示,分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)如圖丙、丁所示,則A位置對應(yīng)的讀數(shù)為11.1mm.已知B位置對應(yīng)的讀數(shù)為15.6mm,則相鄰條紋中心的間距為0.75mm,所測單色光的波長為600nm.

(3)若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行,如圖戊所示,在這種情況下測量相鄰條紋間距Δx時,測量值大于(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值.

[解析](1)該實驗中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮,則可能是光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致,故A正確;若要增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),則條紋的寬度Δx將減小,相鄰亮條紋間的距離為Δx=Ldλ,可以減小L或者增大d,所以應(yīng)將屏向靠近雙縫方向移動,故B錯誤;根據(jù)相鄰亮條紋間的距離為Δx=Ldλ可知,使用間距更小的雙縫,即d減小,會使條紋間距變大,故C(2)該游標(biāo)卡尺的分度值為0.1mm,則在A位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xA=11mm+1×0.1mm=11.1mm;已知B位置對應(yīng)的讀數(shù)為15.6mm,由圖乙知若A位置處為第1條暗紋,則B位置處為第7條暗紋,可得相鄰條紋中心的間距為Δx=xB-xA7-1=15.6-11.17-1mm=0.75mm;由Δx=L(3)若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行,在這種情況測量相鄰條紋間距Δx時,將導(dǎo)致測量值Δx大于實際值,由λ=d·ΔxL可知3.在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖),并選用縫間距d=0.20mm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分度.某同學(xué)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(xué)給各暗紋的編號,此時圖乙(b)中游標(biāo)卡尺上的讀數(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(biāo)卡尺上的讀數(shù)x2=15.02mm.

(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=2.31mm;這種色光的波長λ=6.6×102nm.

[解析](1)主尺讀數(shù)為15mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為1×0.02mm=0.02mm,二者相加可得讀數(shù)為15.02mm.(2)由于圖中數(shù)字標(biāo)記的是暗條紋,首先應(yīng)根據(jù)暗條紋所標(biāo)數(shù)字給亮條紋也標(biāo)明條數(shù),若圖乙(a)中的分劃板中心刻線所對亮條紋記為第1條,則圖丙(a)中,分劃板中心刻線所對亮紋為第7條,則Δx=x2-x1n-1=2.31mm.由Δx=Ldλ得λ=dΔxL,代入數(shù)據(jù)得λ=0.20×2.31700mm=64.我們用以下裝置來做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗:(1)在本實驗中,需要利用關(guān)系式Δx=Ldλ來求解某色光的波長,其中L和d一般為已知量,所以測量Δx是本實驗的關(guān)鍵,觀察下面的圖像,你認為在實際操作中Δx應(yīng)選下圖中的甲(選填“甲”或“乙”)圖更為合適(2)在實際操作中,我們通常會通過測n條亮紋間的距離取平均值的方法來減小測量誤差.已知實驗所用的測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,使用50分度的游標(biāo)卡尺.某同學(xué)在成功觀察到干涉圖像后,開始進行數(shù)據(jù)記錄,具體操作如下:從目鏡中觀察干涉圖像同時調(diào)節(jié)手輪,測量了第1條亮條紋與第6條亮條紋之間的距離,初末位置游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示,則相鄰兩條亮條紋的間距Δx=1.62mm.

(3)若在實驗當(dāng)中,某同學(xué)觀察到以下圖像,即測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上.若繼續(xù)移動目鏡觀察,將會使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差,所以需要對儀器進行調(diào)整,使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上.下面操作中可行的有BC(填選項前的字母).

A.調(diào)節(jié)撥桿方向B.其他不動,測量頭旋轉(zhuǎn)一個較小角度C.其他不動,遮光筒旋轉(zhuǎn)一個較小角度D.將遮光筒與測量頭整體旋轉(zhuǎn)一個較小角度(4)在寫實驗報告時,實驗要求學(xué)生將目鏡中所觀察到的現(xiàn)象描繪出來,甲同學(xué)和乙同學(xué)分別畫了移動目鏡時所觀察到的初末兩個視場區(qū),你覺得甲同學(xué)的圖像存在造假現(xiàn)象.

[解析](1)在實際操作中標(biāo)度線在明條紋中容易觀察,則Δx應(yīng)選甲圖更為合適.(2)由題圖可知,初末位置游標(biāo)卡尺的示數(shù)分別為0.570cm和1.380cm,則相鄰兩條亮紋的間距Δx=1.380-0.5705cm=0(3)首先要明確各器件的作用,撥動撥桿的作用是為了使單縫和雙縫平行,獲得清晰的干涉圖樣,因為已有清