高中物理 第5章 光的干涉、衍射和偏振 第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长学案 鲁科版选择性必修第一册-鲁科版高中选择性必修第一册物理学案VIP免费

第2节科学测量：用双缝干涉测光的波长[实验目标]1.用双缝干涉实验装置测量光的波长．2.学习测量微小距离的方法．一、实验原理如图所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略．两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l.相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δy＝λ.已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δy，就可以求得光波的波长．二、实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝屏、双缝屏、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．三、实验步骤(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10cm，这时可观察白光的干涉条纹．(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．四、数据处理(1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．(2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻两亮条纹间距Δy＝.(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)．(4)重复测量、计算，求出波长的平均值．五、误差分析(1)光波的波长很小，Δy、l的测量对波长λ的影响很大．(2)在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测Δy时，用千分尺且采用“累积法”．(3)多次测量求平均值．六、注意事项(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件．(2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去．(3)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10cm.(4)调节的基本依据：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线所致．干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行．(5)测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心．(6)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近．【例1】现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A.(2)本实验所用的滤光片应选用________色滤光片，实验时需要测量的物理量是________和________．(3)本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮(暗)条纹间的距离．在操作步骤②时还应注意________和________．[解析](1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列顺序为：C、E、D、B、A.(2)红色滤光片能透过红光，而吸收其他颜色的光，所以应选用红色滤光片．根据实验原理，实验时需要测量的物理量有：双缝到屏的距离和n条亮(暗)条纹的距离．(3)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使单缝与双缝相互平行，且单缝、双缝距离为5～10cm；要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上．[答案](1)E、D、B(2)红双缝到屏的距离n条亮(暗)条纹的距离(3)单缝和双缝间距为5～10cm使单缝与双缝相互平行【例2】在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将所有器材按要求安装在如图1所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作．已知实验中选用缝间距d＝0.2mm的双缝，像屏与双缝之间的距离l＝0.7m.图1(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．用某单色光照射双缝得到如图2所示的干涉图样，分划板在图中A、B位置时的游标卡尺读...