第4课 实验：用双缝干涉测量光的波长-2023-2024学年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第4课用双缝干涉测量光的波长学习目标学习目标课程标准学习目标会用双缝干涉试验测量光的波长。1．把握试验原理、步骤。2．会进行数据处理、误差分析。3．能适当创新。002预习导学（一）课前阅读：双缝干涉条件、相邻纹间距表达式、薄膜干涉（二）基础梳理一、原理、步骤1.试验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足.2.试验过程(1)观看双缝干涉图样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调整各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿到达光屏.④安装单缝和双缝，尽量使缝的位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝，二者间距约为5～10cm.⑤在单缝和光源间放上，观看单色光的干涉条纹.(2)测定单色光的波长①安装测量头，调整至可清楚观看到干涉条纹.②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的，登记此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的，登记此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹.③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的).④转变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量.【概念连接】叠加、干涉、双缝干涉【拓展补充】共轴、平行【即学即练】1.在观看光的双缝干涉现象的试验中：(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上，在光屏上观看到的现象是图甲中的________。(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观看到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观看到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)。2.在“观看光的干涉现象”的试验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按如图所示的方法，让激光束通过自制的双缝，观看在光屏上消灭的现象。(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距________(填“越大”或“越小”)。(2)保持双缝的间隙不变，光屏到双缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距________(填“越大”或“越小”)。(3)在双缝间的距离和双缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做试验，发觉用蓝色光做试验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做试验时________(填“大”或“小”)。(4)在该试验中，若所用激光的波长为5.300×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.855×10－6m，则在这里消灭的应是________(填“亮条纹”或“暗条纹”)。【微点拨】亮暗纹看波程差与波长的关系二、数据处理1.条纹间距Δx＝eq\f(an－a1,n－1).2.波长λ＝.3.计算多组数据，求λ的平均值.【概念连接】游标卡尺、螺旋测微器【拓展补充】测量头【即学即练】某同学利用图所示装置测量某种单色光的波长.试验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观看到干涉条纹.回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观看到的条纹个数，该同学可________；A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm，则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字).【微点拨】留意相邻纹间距的测量三、误差分析留意事项(1)安装时，留意调整光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的上，并使单缝、双缝且间距适当.(2)光源灯丝最好为灯丝，并与单缝且靠近.(3)调整的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要缘由是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒所致；干涉条纹不清楚，一般缘由是单缝与双缝所致.【概念连接】偶然误差、系统误差、确定误差、相对误差【即学即练】用双缝干涉测量光的波长试验装置如图甲所示。将双缝干涉试验仪器按要求安装在光具座上，光源发的光经滤光片(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮，已知双缝间的距离为0.3mm。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，通过目镜，我们可以在屏上观看到干涉条纹。(1)试验时，需要通过光具座上的刻度尺测量的物理量是______与________之间的距离；(2)某次试验中将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示；然后转动测量头，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丙所示。图乙的示数为________mm，图丙的示数为________mm；(3)若在(1)中测得的数据是1.2m，则本次试验测得的这种光的波长是________m(保留2位有效数字)；(4)若试验中发觉条纹太密，可实行的改善方法有__________________________(至少写一条)。（三）预习作业1．(多选)图中给出了“用双缝干涉测量光的波长”试验示意图，双缝S1和S2间距为0.80mm，双缝到屏的距离为0.80m.波长为500nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上，在屏上形成干涉条纹.中心轴线OO′上方第1条亮纹中心位置在P1处，第3条亮纹中心位置在P2处.现有1号、2号虫子分别从S1、S2动身以相同速度沿垂直屏方向飞行，1号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P1,2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P2.假定两只虫子爬行速率均为10－3m/s.正确的是()A.1号虫子运动路程比2号短B.两只虫子运动的时间差为0.2sC.两只虫子运动的时间差为1.0sD.已知条件不够，两只虫子运动时间差无法计算2．在“用双缝干涉测量光的波长”的试验中，请依据题目要求回答下列问题：(1)图中甲、乙两图都是光的条纹外形示意图，其中干涉图样是________(填“甲”或“乙”).(2)将下表中的光学元件放在图所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的试验装置，并用此装置测量红光的波长.元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，从左至右，表示各光学元件的排列挨次应为________.(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离l＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图(a)所示，分划板中心刻线在图中A位置时游标卡尺如图(b)所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺如图(c)所示.由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m(保留2位有效数字).003探究提升环节一原理、步骤思考：图所示是“用双缝干涉测量光的波长”试验的装置。试验中：(1)观看到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清楚，值得尝试的是________(单选)。A．旋转测量头B．增大单缝与双缝间的距离C．调整拨杆使单缝与双缝平行(2)要增大观看到的条纹间距，正确的做法是________(单选)。A．减小单缝与光源间的距离B．减小单缝与双缝间的距离C．增大透镜与单缝间的距离D．增大双缝与测量头间的距离环节二数据处理问题探究1：如图所示为双缝干涉试验的装置示意图，现要利用这套装置来测量某种单色光的波长.(1)装置示意图中有三个电学元件的名称空缺，关于它们的说法正确的是________.A.①是双缝，③是滤光片B.②是双缝，③是单缝C.②是单缝，③是双缝(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图甲所示，双缝间距d＝________mm.(3)图乙为试验得到的干涉条纹，用测量头测出了第1条和第6条亮条纹中心间的距离为Δx，已知双缝到光屏的距离为l，则所测单色光波长的计算式为λ＝______(用题中所给的字母表示).环节三误差分析问题探究2：在“用双缝干涉测量光的波长”的试验中，试验装置如图所示.(1)某同学以线状白炽灯为光源，对试验装置进行调整并观看了试验现象后，总结出以下几点：A.灯丝与单缝和双缝必需平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中，你认为正确的是________.(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图甲所示，该读数为______mm.(3)假如测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示.则在这种状况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值_______(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值.环节四创新试验问题探究3：在“用双缝干涉测量光的波长”的试验中，请依据题目要求回答下列问题：(1)图中甲、乙两图都是光的条纹外形示意图，其中干涉图样是________(填“甲”或“乙”).(2)将下表中的光学元件放在下图所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的试验装置，并用此装置测量红光的波长.元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，从左至右，表示各光学元件的排列挨次应为________.(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离l＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图(a)所示，分划板中心刻线在图中A位置时游标卡尺如图(b)所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺如图(c)所示.由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________m(保留2位有效数字).004体系构建原理（双缝干涉Δx＝eq\f(l,d)λ）---步骤（测量头）---数据处理（统一单位）---误差分析---创新005记忆清单一、原理、步骤★学习聚焦：共轴、平行、测量头二、数据处理★学习聚焦：不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。三、误差分析★学习聚焦：留意事项(1)调整双缝干涉仪时，要留意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。(3)调整测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，登记此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，登记此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。(4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。(5)白光的干涉观看到的是彩色条纹，其中白色在中心，红色在最外层。00601强化训练1、在“用双缝干涉测光的波长”试验中，将双缝干涉试验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距d＝0.2mm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个分度。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。2、现有：A毛玻璃屏、B双缝、C白光光源、D单缝、E透红光的滤光片等光学元件。要把它们放在如图甲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放在光具座的最左端，依次放置其它光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列挨次为C、________、________、________、A。(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐，将该亮条纹定为第一条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示，记为x1。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第六条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示，记为x2。则x2＝________mm。(3)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。(公式要求按题目所给具体符号填写，计算结果保留整数，1nm＝10－9m)3、关于双缝干涉试验，下列说法正确的是（）A.用复色光投射就看不到条纹B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大4、（多选）某同学接受图甲所示的试验装置争辩光的干涉与衍射现象，狭缝，的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，试验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（）

A.图乙是光双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处肯定是暗条纹5、用双缝干涉测光的波长的试验装置如图甲所示，已知单缝与双缝的距离L1＝60mm，双缝与光屏的距离L2＝700mm，单缝宽d1＝0.10mm，双缝间距d2＝0.25mm。(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图乙所示，则对准第1条时读数x1＝______mm，对准第4条时读数x2＝________mm，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________mm。(2)本试验中计算波长的公式λ＝______，求得的波长是________nm(结果保留三位有效数字)。6、小沈同学进行“用双缝干涉测量波长”的试验，(1)其中部分器材如下：A．白炽灯B．凸透镜C．单缝片D．滤光片E．测量头F．双缝片将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的挨次是(填字母)：A、B、________、________、F、E。(2)某次观看时，透过测量头观看到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是________。A．增加光源的功率B．将毛玻璃换成透亮     玻璃C．换一个面积更大的凸透镜D．调整测量头的位置(3)下列图示中条纹间距表示正确的是________。(4)如图所示的是小沈同学参考课本上“用光传感器做双缝干涉的试验”进行试验，图甲、乙分别对应的是第一、二次试验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可推断，第一次试验中的________。A．单缝与双缝的缝距肯定较大B．光强度较小C．光源离双缝的距离较大D．双缝离光传感器的距离可能较小7、在“用双缝干涉测光的波长”的试验中，请依据题目要求回答下列问题。(1)图中甲、乙两图都是光的条纹外形示意图，其中干涉图样是________。(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的试验装置，并用此装置测量红光的波长。元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝透红光的滤光片将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的排列挨次应为________。(填写元件代号)(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50mm，双缝到光屏的距离L＝0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图(a)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图(b)所示，则其示数为________mm；在B位置时游标卡尺如图(c)所示。由以上所测数据可以得出形成此