XX省专用学年高中物理第十三章光第节实验用双缝干涉测量光波长讲义含解析新人教选修

XX省专用学年高中物理第十三章光第节实验用双缝干预丈量光的波长讲义含分析新人教版选修XX省专用学年高中物理第十三章光第节实验用双缝干预丈量光的波长讲义含分析新人教版选修PAGEXX省专用学年高中物理第十三章光第节实验用双缝干预丈量光的波长讲义含分析新人教版选修第4节实验：用双缝干预丈量光的波长一、实验目的(1)察看白光及单色光的双缝干预图样。(2)掌握用公式Δx＝eq\f(l,d)λ测定单色光的波长的方法。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以以下图，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。有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)。①另：x＝ltanθ≈lsinθ②由①②得r2－r1＝deq\f(x,l)，若P处为亮纹，则deq\f(x,l)＝±kλ(k＝0,1,2，…)，解得：x＝±keq\f(l,d)λ(k＝0,1,2…)，相邻两亮纹或暗纹的中心间距：Δx＝eq\f(l,d)λ。2．丈量原理由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，在双缝干预实验中，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，只需测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝eq\f(d,l)Δx计算进出射光波长的大小。3．丈量Δx的方法丈量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，丈量时先转动丈量头，让分划板中心刻线与干预条纹平行，此后转着手轮，使分划板向左(或向右)挪动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转着手轮，用相同的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝eq\f(a,n－1)。三、实验器械双缝干预仪(包含：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及丈量头，此中丈量头又包含：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。四、实验步骤1．器械的安装与调整(1)先将光源(线状光源)、遮光筒挨次放于光具座上，以以下图，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。(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丈量头，以以下图，调整分划板地点到分划板中心刻线位于光屏中央。2．察看双缝干预图样(1)调理单缝的地点，使单缝和双缝间距离保持在5～10cm，使缝相互平行，中心大概位于遮光筒的轴线上，这时经过丈量头上的目镜察看干预条纹，若干预条纹不清楚，可经过遮光筒上的调理长杆轻轻拨动双缝，即可使干预条纹清楚光明。在屏上就会看到白光的双缝干预图样。(2)将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，经过目镜可看到单色光的双缝干预条纹。(3)在光源及单缝之间加上一凸面镜，调理光源及单缝的地点，使光源灯丝成像于单缝上，可提升双缝干预条纹的亮度，使条纹更为清楚，以以下图。五、数据办理(1)转着手轮，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；转着手轮，使分划板中心刻线挪动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次丈量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝eq\f(|a2－a1|,n－1)。(2)用刻度尺丈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＝eq\f(l,d)λ求出光的波长λ。(4)多次重复上述步骤，求出波长的均匀值。(5)换用不一样样的滤光片，重复上述实验。六、注意事项(1)搁置单缝和双缝时，必然使缝平行。(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)丈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，主要原由是灯丝与单缝、双缝、丈量头与遮光筒不共轴所致，干预条纹不清楚一般是由于单缝与双缝不平行。七、偏差分析(1)测双缝到屏的距离l带来的偏差，可经过采纳毫米刻度尺，进行多次丈量求均匀值的方法减小偏差。(2)测条纹间距Δx带来的偏差。①干预条纹没有调到最清楚的程度。②分划板刻线与干预条纹不平行，中心刻线没有恰巧位于条纹中心。③丈量多条亮条纹间距离时读数不正确。[例1]在“用双缝干预丈量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调理并察看实验现象后，总结出以下几点：A．灯丝和单缝及双缝必然平行搁置B．干预条纹与双缝垂直C．干预条纹疏密程度与双缝宽度相关D．干预条纹间距与光的波长相关以上几点中你以为正确的选项是________。(2)当丈量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________mm。(3)假如丈量头中的分划板中心刻线与干预条纹不在同一方向上，如图丙所示。则在这类状况下丈量干预条纹的间距Δx时，丈量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实质值。[分析](1)为使屏上的干预条纹清楚，灯丝与单缝和双缝必然平行搁置，所获取的干预条纹与双缝平行；由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，条纹的疏密程度与双缝间距离、光的波长相关，因此A、C、D选项正确。(2)固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为20.4，因此丈量结果为0.5mm＋20.4×0.01mm＝0.704mm。(3)丈量头中的分划板中心刻线与干预条纹不在同一方向上，由几何知识可知丈量头的读数大于条纹间的实质距离。[答案](1)ACD(2)0.704(3)大于[例2]利用双缝干预测定单色光波长，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0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，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。在本实验中假如在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏大将________(选填“能”或许“不可以”)看到明暗相间的条纹。[分析]依据游标卡尺的原理，可读出图丙的示数为11.5mm；图丁的示数是16.9mm。Δx＝eq\f(16.9－11.5,4)mm＝1.35mm。又依据Δx＝eq\f(l,d)λ，则λ＝eq\f(dΔx,l)＝6.75×10－7m。当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片刻，不知足干预条件，故不可以看到明暗相间的条纹。[答案]11.416.86.75×10－7不可以1．用以以下图的装置来察看光的双缝干预现象时，以下推测正确的选项是()A．狭缝屏的作用是使入射光抵达双缝屏时，双缝就成了两个振动状况老是相同的光源B．若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干预条纹C．像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时，该点处必然是亮条纹D．双缝干预中亮条纹之间的距离相等，暗条纹之间的距离不相等分析：选A分光法获取干预光源，因此A正确。白光的干预条纹是彩色的不是黑白相间的，B错。屏上某点到双缝的距离差为波长的1.5倍时，该处应是暗条纹，C错。相邻亮条纹间距等于相邻暗条纹间距，D错。2.某同学用单色光进行双缝干预实验，在屏上察看到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，察看到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是()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．换用频次更高的单色光源分析：选B依据条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，若增大条纹间距，可以采纳的举措有：换用波长更长、频次更低的单色光源，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离l，应选项B正确。3．在利用双缝干预测光波波长时，第一调理光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直而且相互平行，当屏上出现了干预图样后，用丈量头上的游标卡尺去丈量，转着手轮，挪动分划板使分划中心刻线与某条亮条纹中心对齐时(如图A所示)将此亮条纹记为1，此后再转着手轮，分划板中心刻线向右挪动，挨次经过2,3……亮条纹，最后与亮条纹6中心对齐，分划板中心刻线与亮条纹1和亮条纹6对齐时游标卡尺示数分别如图中B、C所示(游标卡尺为10分度)，则图B对应的读数为________m，图C对应的读数为________m。用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00cm，由双缝上标示获知双缝间距为0.2mm，则发生干预的光波波长为_______m。在实验中，若经粗调后透过丈量头上的目镜察看，看不到清楚的明暗相间的条纹，看到的是模糊不清的条纹，造成这类状况的最可能的原由是________________________________。分析：图B对应读数为1.94×10－2m图C对应读数为2.84×10－2m依据公式Δx＝eq\f(l,d)λ得λ＝eq\f(Δxd,l)＝eq\f(0.2×10－3×2.84×10－2－1.94×10－2×\f(1,5),60.00×10－2)m＝6.00×10－7m若粗调后看不到清楚的干预条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原由是单缝与双缝不平行。答案：1.94×10－22.84×10－26.00×10－7单缝与双缝不平行4．在双缝干预实验中，分别用红色和绿色的激光照耀同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干预条纹间距Δx1与绿光的干预条纹间距Δx2比较，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。分析：由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，Δx1＞Δx2。相邻亮条纹之间的距离为Δx＝eq\f(10.5,5)mm＝2.1mm，双缝间的距离d＝eq\f(Lλ,Δx)，代入数据得d＝0.300mm。答案：>0.3005．用某种单色光做双缝干预实验时，已知双缝间距离d＝0.20mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l＝75.0cm，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的丈量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线瞄准如图丙所示的第1条亮条纹，此时卡尺的主尺和游标的地点如图戊所示，则游标尺上的读数x1＝________mm，此后再转着手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右侧挪动，直到瞄准第5条亮条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标的地点如图己所示，则游标卡尺上的读数x2＝________mm，由以上已知数据和丈量数据，则该单色光的波长是________mm。分析：由游标卡尺读数规则读出x1＝0.3mm，x2＝9.6mm。Δx＝eq\f(x2－x1,n－1)＝eq\f(9.3,4)mm。λ＝eq\f(Δx·d,l)＝eq\f(9.3×0.2,4×750)mm＝6.2×10－4mm。答案：0.39.66.2×10－46．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，要把它们放在以以下图的光具座上构成双缝干预装置，用以丈量红光的波长。(1)将白光光源C放在光具座最左端，挨次搁置其余光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母摆列次序应为C、________、A。(2)本实验的步骤有：①取下遮光筒左边的元件，调理光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理次序在光具座上搁置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺丈量双缝到屏的距离；④用丈量头(其读数方法同螺旋测微器)丈量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还注意单缝、双缝应______________且____________。(3)将丈量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示。此后同方向转动丈量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________mm，求得相邻亮纹的间距Δx＝________mm。(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm。分析：(