高中物理 第五章 光的波动性 5.2 学生实验：用双缝干涉测光的波长学案 教科版选修3-4-教科版高二选修3-4物理学案VIP免费

学生实验：用双缝干涉测量光的波长[学习目标]1.了解用双缝干涉测量光的波长的实验原理.2.知道影响干涉条纹间距的因素.3.观察白光及单色光的干涉图样.4.能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长．[知识探究]一、实验原理1．观察干涉图样：光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于一个线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹．2．测量光的波长：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计算出单色光波长的大小．二、实验步骤(如图1所示为安装仪器示意图)图11．把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行．2．在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直．再装好单缝管．3．让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高．灯丝与单缝之间的距离约为25cm.点亮灯泡，上下或左右调节灯泡，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心．4．在遮光管的另一端装上测量头．在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的干涉条纹最清晰．5．测量单色光波长时，在单缝前面加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量．6．先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹或者暗条纹，并记下它在游标尺上的读数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条(一般n可取7左右)干涉亮条纹或暗条纹，这时游标尺的读数为xn，则相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离为Δx＝.待测的光波波长为：λ＝＝·.式中d为双缝中心距离，其数值刻在双缝座上，一块为0.250mm，另一块为0.200mm.l为双缝至光屏(即分划板)之间的距离，当遮光管未接长管时，l＝600mm；当遮光管接上长管后，l＝700mm.7．改变双缝间的距离d，重复上面步骤，再测量一次．三、注意事项1．单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等．2．测双缝到屏的距离l时用毫米刻度尺多次测量取平均值．13．测条纹间距Δx时，用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝.四、误差分析实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意Δx的测量．光波的波长很小，Δx的测量对波长的影响很大．Δx利用测量头测量．可利用“累积法”测n条亮条纹间的距离a，再求Δx＝，并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差．[例题分析]例1如图2所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(λ红＞λ绿＞λ紫)()图2A．增大S1与S2的间距B．减小双缝屏到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光解析在双缝干涉实验中，相邻两个亮条纹(或暗条纹)间的中心间距Δx＝λ，要想增大条纹间距，可以减小两缝间距d，或者增大双缝屏到光屏的距离l，或者换用波长更长的光做实验．由此可知，选项C正确，选项A、B、D错误．答案C例2在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图3所示．双缝间的距离d＝3mm.图3(1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片．实验时需要测定的物理量有________和________．(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm)观察第1条亮条纹的位置如图4甲所示，观察第5条亮条纹的位置如图乙所示．则可求出红光的波长λ＝________m.图42解析(1)由于测量红光的波长，因此用红色滤光片．由Δx＝λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距Δx.(2)由测量头的数据可知a1＝0，a2＝0.640mm，所以Δx＝＝mm＝1.60×10－4m，λ＝＝m≈6.86×10－7m.答案见解析例3在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589nm的光，在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm，则双缝的间距为()A．2...