高中物理 第五章 光的波动性 第2节 学生实验：用双缝干涉测量光的波长学案 教科版选修3-4-教科版高中选修3-4物理学案VIP免费

第2节学生实验：用双缝干涉测量光的波长1.测单色光的波长的实验原理.2.掌握用双缝干涉测光的波长的实验原理并会测单色光的波长.(重点＋难点)一、实验目的1.观察白光及单色光的干涉图样.2.测定单色光的波长.二、实验原理光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹.根据Δx＝λ可以计算出单色光的波长.公式中d为双缝间的距离，Δx为相邻两条亮纹(或暗条纹)间的距离，l为双缝与屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出l、Δx即可测出光的波长.三、实验器材双缝干涉仪：包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏、光具座、测量头及刻度尺等.四、实验步骤1.按如图所示安装仪器.2.将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上.3.使光源发光，在光源和单缝之间加红(或绿)色滤光片，让光通过单缝后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜焦距观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹).4.加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.5.将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝，算出条纹间距Δx，然后利用公式λ＝Δx，求出此单色光的波长λ(d、l仪器中都已给出).6.换用另一滤光片，重复步骤3、4，并求出相应的波长.测量条纹间距的方法和波长的计算两处相邻明(暗)条纹间的距离Δx1用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示.转动手轮，分划板会左、右移动.测量时，应使分划板中心刻线对齐明(暗)条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数x1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明(暗)条纹中心时，记下手轮上的读数xn，两次读数之差就是相邻两条明(暗)条纹间的距离.即Δx＝|xn－x1|.Δx很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明(暗)条纹间的距离a，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离.Δx＝.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距d＝0.20mm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＝700mm.然后，接通电源使光源正常工作.(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50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＝1.16mm；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)间的距离Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝______________nm.[解析](1)主尺读数为15mm，游标尺读数为1×0.02mm＝0.02mm，二者相加即可.(2)由于图中数字标记的是暗条纹，首先应根据暗条纹所标数字给亮条纹也标明条数，若图乙的(a)图中的中央刻线所对亮条纹记为第1条，则图丙的(a)图中，中央刻线所对亮条纹为n＝7，则Δx＝＝2.31mm，光的波长λ＝＝6.6×102nm.[答案](1)15.02(2)2.316.6×1021.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630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，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＝2.1mm，双缝间的距离d＝，代入数据得d＝0.300mm.答案：>0.300注意事项及误差分析1.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应着亮(或暗)纹的中心.(4)要多测几个...