高二物理人教版（2019）选择性必修第一册（全国）4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 导学案含答案

4.4实验：用双缝干涉测量光的波长【学习目标】通过杨氏双缝干涉实验的结论求解不同频率色光的波长；通过公式，求出，清楚公式中各物理参数的意义；通过实验进行探究或验证，对物体双缝干涉加深理解；4.充分体会物理与数学的关联性，知道物理是一门实验科学需要数学理论的支持，在清楚学习物理时实验的重要性的同时，也要体会数理不分家的学习理念。【开启新探索】前面我们通过理论推导，得到了双缝干涉明（暗）条纹的间距、光的波长之间的关系式，回顾关系式，并说明，我们应用该结果测光的波长，需要知道哪些物理量？【质疑提升1】双缝干涉测波长如图所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、透镜、片、缝、缝、遮光筒、、测量头、目镜。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。2．各个器材的作用？透镜：，滤光片：，单缝：，双缝：，毛玻璃片：。3.由=λ可知，本实验需要测量双缝到屏的距离l，双缝间距离d，相邻两条亮条纹间的距离，那么如何实现测量呢？（1）双缝间距离d：不同型号的双缝，器材标识提供d的大小。（2）双缝到屏的距离l：用测量。（3）相邻两条亮条纹间的距离：用测量。①测量头都由、、等组成，如甲、乙两图所示。②如右图，“十字线”为通过目镜观察到的分划板中心刻度线。条纹为双缝干涉在上接收到的明、暗相间的干涉条纹。③转动手轮，分划板分左右移动。④测量时，使分划板的中心刻线与中心对齐。记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板的中心刻线与另一相中心对齐。再次记下手轮上的读数。两次读数的差值就是这两条亮条纹间的距离。为了为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离∆x＝。实验步骤实验前先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。（3）在单缝与光源之间放上滤光片，通过目镜观察到单色光的双缝干涉图样。（4）测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离∆x。（5）分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。5.比较图4.4-4，说明三幅干涉图样为什么不同？蓝光双缝间距0.36mm红光双缝间距0.36mm红光双缝间距0.18mm【学以致用】1．如图所示是光的双缝干涉的示意图，下列说法中正确的是（）A.单缝S的作用是为了增加光的强度B.双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源C.当S1、S2发出两列光波到P点的路程差为光的波长λ的1.5倍时，产生第三条暗条纹D.当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为长λ时，产生中央亮条纹2．（1）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，装置如图1所示，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②__透镜__________、③___单缝______、④_____双缝______、⑤遮光筒、⑥屏。对于某种单色光，为增加相邻亮纹间距，可采取__增大双缝到屏的距离____或____减小双缝间距的方法。（2）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数___13.870_________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为__2.310__________mm。（3）已知双缝间距为2×10-4m，测得双缝到屏的距离为0.7m，则所测红光的波长为____0.66________nm。【核心素养提升】1．利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法中正确的是（）A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法中正确的是()A．实验装置中的①②③元件分别为透镜、滤光片和单缝、双缝B．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D．测量过程中，误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大3．如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，一同学观察到清晰的干涉条纹。若他对实验装置进行改动后，在像屏上仍能观察到清晰的干涉条纹，但条纹间距变窄。以下改动可能会实现这个效果的是（）仅将滤光片向右移动靠近单缝 B．仅将单缝与双缝的位置互换C．仅将红色滤光片换成绿色滤光片 D．仅将单缝向左移动少许4．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮D．屏上无任何光亮5.用实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.2mm，用的是绿色滤光片，从目镜中可以看到绿色干涉条纹。（1）如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离将增加；（2）把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明红光的波长较长；（3）如果改用间距为0.3mm的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离将减小。6.在用双缝干涉测量光的波长的实验中，为什么不直接测∆x，而要通过测n个条纹的间距求出∆x？测量更大的长度，减小相对误差。某同学在用双缝干涉测量光的波长的实验中，已知两缝间的间距为0.3mm，以某种单色光照射双缝时，在离双缝1.2m远的屏上，用测量头测量条纹间的宽度：先将测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；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示。根据以上实验，测得的这种光的波长是多少？6.5225*10-7m8．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所给出，则：(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝_11.1_______