2023年高考物理一轮复习实验十五用双缝干涉测量光的波长教学案

PAGE1-实验十五用双缝干预测量光的波长1.了解光波产生稳定的干预现象的条件．2．观察白光和单色光的双缝干预图样．3．测定单色光的波长.一、实验器材双缝干预仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)，另外还有学生电源、导线、刻度尺.1.相邻两条亮条纹的间距Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2的间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为Δx＝eq\f(l,d)λ.2．测量头的构造及使用如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图乙，记下此时手轮上的读数．甲乙两次读数之差就表示这两条条纹间的距离．实际测量时，要测出n条亮纹(暗纹)的宽度，设为a，那么Δx＝eq\f(a,n－1).二、实验步骤1．观察干预条纹(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如下图．(2)接好光源，翻开开关，使灯丝正常发光．(3)调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏．(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干预条纹．2．测定单色光的波长(1)安装测量头，调节至可清晰观察到干预条纹．(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．(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是的)．(4)重复测量．三、数据处理(1)条纹间距Δx＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1))).(2)波长λ＝eq\f(d,l)Δx.(3)计算多组数据，求λ的平均值．四、考前须知(1)双缝干预仪是比拟精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养．(2)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、双缝平行且间距适当．(3)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．(4)照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；干预条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．五、误差分析(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差．(2)测条纹间距Δx带来的误差．①干预条纹没有调整到最清晰的程度；②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度；③分划板刻线与干预条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心；④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清．高频考点一实验原理及操作例1．在观察光的双缝干预现象的实验中：(1)将激光束照在如图2乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的_______．图2(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽〞“变窄〞或“不变〞)．答案(1)A(2)变宽变窄【变式探究】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3所示的光具座上组装成双缝干预装置，用以测量红光的波长．图3(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，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A.(2)本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；②按合理的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用刻度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)测量数条亮条纹间的距离．在操作步骤②时还应注意________________、________________和______________．答案(1)EDB(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上高频考点二仪器读数和数据处理例2．在双缝干预实验中，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，红光的干预条纹间距Δx1与绿光的干预条纹间距Δx2相比，Δx1____Δx2(填“＞〞“＝〞或“＜〞)．假设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，那么双缝之间的距离为________mm.答案＞0.3解析双缝干预条纹间距Δx＝eq\f(l,d)λ，红光波长长，所以红光的双缝干预条纹间距较大，即Δx1＞Δx2.相邻条纹间距Δx＝eq\f(10.5mm,5)＝2.1mm＝2.1×10－3m，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可得d＝eq\f(lλ,Δx)＝0.3mm.【变式探究】用某种单色光做双缝干预实验时，双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图4丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保存两位有效数字)图4答案8.0×10－7【变式探究】(1)(多项选择)如图5所示是用双缝干预测光波波长的实验设备示意图，图中①是光源、②是滤光片、③是单缝、④是双缝、⑤是光屏．以下操作能增大光屏上相邻两亮条纹之间距离的是()图5A．增大③和④之间的距离B．增大④和⑤之间的距离C．将绿色滤光片改成红色滤光片D．增大双缝之间的距离(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是________(填数字代号)．(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，读出手轮的读数如图6甲所示．继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，读出手轮的读数如图乙所示．那么相邻两亮条纹的间距是________mm(结果保存三位有效数字)．图6(4)在(3)前提下，如果已经量得双缝的间距是0.30mm，双缝和光屏之间的距离是900mm，那么待测光的波长是________m．(结果保存三位有效数字)答案(1)BC(2)②③(3)1.610(4)5.37×10－7【2022·江苏卷】【选修3­4】(3)在上述杨氏干预实验中，假设单色光的波长λ＝5.89×10－7m，双缝间的距离d＝1mm，双缝到屏的距离l＝2m〔3〕【答案】1.178×10－2【解析】相邻亮条纹的中心间距Δx＝eq\f(l,d)λ由题意知，亮条纹的数目n＝10那么L＝eq\f(nlλ,d)，代入数据得L＝1.78×10－2m. 【2022·全国新课标Ⅰ·34〔1〕】13．在双缝干预实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干预条纹间距与绿光的干预条纹间距相比〔填“＞〞“＜〞或“＝〞〕。假设实验中红光的波长为，双缝到屏幕的距离为，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为，那么双缝之间的距离为。【答案】＞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5甲所示的光具座上组装成双缝干预装置，用以测量红光的波长．甲图5(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最正确顺序应为C、________、A.(2)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)测量数条亮条纹间的距离．在操作步骤②时还应注意________和________．(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为______mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为______mm.(4)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答案(1)E、D、B(2)见解析(3)13.8702.310(4)eq\f(d,l)Δx6.6×1022.(1)杨氏干预实验证明光确实是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干预的必要条件，即两列光的________相同．如图6所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在____(选填“A〞“B〞或“C〞)点会出现暗条纹．图6(2)在上述杨氏干预实验中，假设单色光的波长λ＝5.89×10－7m，双缝间的距离d＝1mm，双缝到屏的距离l＝2m答案(1)频率C(2)1.178×10－2解析(1)从两狭缝发出的光，它们的频率相同，是干预光，在波峰与波谷相遇的区域中，振动相互抵消，会出现暗条纹，即在C点出现暗条纹．(2)相邻亮条纹的中心间距Δx＝eq\f(l,d)λ由题意知，亮条纹的数目n＝10解得Δx＝eq\f(nlλ,d)，代入数据得Δx＝1.178×10－2m.3．用某种单色光做双缝干预实验时，双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图7丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保存两位有效数字)图7答案8.0×10－74、1801年，托马斯·杨用双缝干预实验研究了光波的性质，1834年，洛埃利用平面镜同样得到了