2016新课标三维人教物理选修3-4 第十三章 光 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长

第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 (1)观察白光及单色光的双缝干涉图样。 (2)掌握用 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 Δx＝ λ测定单色光的波长的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 二、实验原理 1．相邻亮纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导 如图13-4-1所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形。 图13-4-1 有：r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ)。① 另：x＝ltan θ≈lsin θ② 由①②得r2－r1＝d ，若P处为亮纹，则d ＝±kλ(k＝0,1,2，…)，解得：x＝±k λ(k＝0,1,2…)，相邻两亮纹或暗纹的中心间距：Δx＝ λ。 2．测量原理 由公式Δx＝ λ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝ Δx计算出入射光波长的大小。 3．测量Δx的方法 测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图13-4-2甲所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝ 。 图13-4-2 三、实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。 四、实验步骤 1．器材的安装与调整 (1)先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如图13-4-3所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 图13-4-3 (2)将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图13-4-4所示，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央。 图13-4-4 2．观察双缝干涉图样 (1)调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10 cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮。在屏上就会看到白光的双缝干涉图样。 (2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹。 (3)在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的位置，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干涉条纹的亮度，使条纹更加清晰，如图13-4-5所示。 图13-4-5 五、数据处理 (1)转动手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝ 。 (2)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)。 (3)将测得的l、Δx代入Δx＝ λ求出光的波长λ。 (4)多次重复上述步骤，求出波长的平均值。 (5)换用不同的滤光片，重复上述实验。 六、注意事项 (1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行。 (2)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。 (3)测量头的中心刻线要对着亮(或暗)纹的中心。 (4)要多测几条亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx。 (5)照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。 七、误差分析 (1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。 (2)测条纹间距Δx带来的误差。 ①干涉条纹没有调到最清晰的程度。 ②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。 ③测量多条亮条纹间距离时读数不准确。 [例1]　在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图13-4-6)： 图13-4-6 (1)下列说法哪一个是错误的____________。(填选项前的字母) A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝ (2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图13-4-7，其示数为________mm。 图13-4-7 [解析]　(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，首先应取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束直接沿遮光筒轴线把屏照亮，故选项A错误；根据实验操作可知选项B、C正确。 (2)读数为1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm。 [ 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 ]　(1)A　(2)1.970 [例2]　利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图13-4-8甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙中游标卡尺的示数为________ mm。图丁游标卡尺的示数为________ mm。在实验中，所测单色光的波长为________ m。在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或者“不能”)看到明暗相间的条纹。 图13-4-8 [解析]　根据游标卡尺的原理，可读出图丙的示数为11.5 mm；图丁的示数是16.9 mm。Δx＝ mm＝1.35 mm。又根据Δx＝ λ，则λ＝ ＝6.75×10－7 m。 当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时，不满足干涉条件，故不能看到明暗相间的条纹。 [答案]　11.4　16.8　6.75×10－7　不能 1．(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 安装好实验装置后，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是因为(  ) A．光源发出的光束太强 B．单缝与双缝不平行 C．没有安装滤光片 D．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大 解析：选BD　安装双缝干涉仪要做到：光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝、双缝要处在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，光源发出的光束不能太暗。综上所述，应选B、D。 2.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图13-4-9甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是(  ) 图13-4-9 A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 解析：选B　根据条纹间距公式Δx＝ λ可知，若增大条纹间距，可以采取的措施有：换用波长更长、频率更低的单色光源，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离l，故选项B正确。 3．如图13-4-10所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取________________或________________的方法。 图13-4-10 解析：做该实验时用单色光，应特别注意，②是滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏。由条纹间距公式Δx＝ λ可知，要增大相邻条纹间距，应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离。 答案：滤光片　单缝屏　双缝屏　增大双缝屏到光屏的距离　减小双缝屏两缝间距离 4．在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”“＝”或“<”)。若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________mm。 解析：由公式Δx＝ λ可知，Δx1＞Δx2。相邻亮条纹之间的距离为Δx＝ mm＝2.1 mm，双缝间的距离d＝ ，代入数据得d＝0.300 mm。 答案：>　0.300 5．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图13-4-11甲所示，并选用缝间距d＝0.2 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。 图13-4-11 (1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.18 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________ mm； (2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)的距离Δx＝____________ mm；这种色光的波长λ＝________ nm。 解析：(1)由游标尺的读数规则可知：x2＝(15.0＋1×0.02)mm＝15.02 mm；