試驗十六用雙縫干涉測量光波長(同時練習(xí)使用測量頭)第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論1/26內(nèi)容索引過好雙基關(guān)命題點一

教材原型試驗命題點二

試驗拓展創(chuàng)新2/261過好雙基關(guān)3/261.試驗原理如圖所示，光源發(fā)出光，經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時發(fā)生衍射，這時單縫S相當(dāng)于一個單色光源，衍射光波同時抵達(dá)雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個步調(diào)完全一致單色相干光源，相鄰兩條亮(暗)條紋間距離Δx與入射光波長λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏距離l相關(guān)，其關(guān)系式為：Δx＝____，所以，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ.基本試驗要求4/26兩條相鄰亮(暗)條紋間距離Δx用測量頭測出.測量頭由分劃板、目鏡、手輪等組成.如圖所表示.5/262.試驗器材雙縫干涉儀，即：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺.3.試驗步驟(1)觀察雙縫干涉圖樣①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所表示.6/26②接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光.③調(diào)整各器件高度，使光源燈絲發(fā)出光能沿

抵達(dá)光屏.④安裝單縫和雙縫，盡可能使縫中點位于遮光筒軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5～10cm.⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光干涉條紋.遮光筒軸線7/26(2)測定單色光波長①安裝測量頭，調(diào)整至可清楚觀察到干涉條紋.②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋中央，如圖所表示，記下手輪上讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋中央，記下此時手輪上讀數(shù)，將該條紋記為第n條亮條紋，測出n條亮條紋間距離a，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝_______.③用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l(d是已知).④重復(fù)測量、計算，求出波長平均值.8/261.數(shù)據(jù)處理(1)條紋間距計算：移動測量頭手輪，分劃板中央刻線在第1條亮條紋中央時讀數(shù)為a1，在第n條亮條紋中央時讀數(shù)為an，則Δx＝_________.(2)依據(jù)條紋間距與波長關(guān)系Δx＝_____得λ＝______，其中d為雙縫間距，l為雙縫到光屏距離.(3)測量時需測量多組數(shù)據(jù)，求λ平均值.規(guī)律方法總結(jié)9/262.注意事項(1)調(diào)整雙縫干涉儀時，要注意調(diào)整光源高度，使它發(fā)出光束能夠沿著遮光筒軸線把屏照亮.(2)放置單縫和雙縫時，縫要相互

，中心大致位于遮光筒軸線上.(3)調(diào)整測量頭時，應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋中心對齊，記清此時手輪上讀數(shù)，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線和另一亮條紋中心對齊，記下此時手輪上讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條亮條紋間距離.平行10/26(4)不要直接測Δx，要測多條亮條紋間距再計算得到Δx，這么能夠減小誤差.(5)白光干涉觀察到是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層.11/263.誤差分析(1)雙縫到光屏距離l測量存在誤差.(2)測條紋間距Δx帶來誤差：①干涉條紋沒有調(diào)整到最清楚程度.②誤認(rèn)為Δx為亮條紋寬度.③分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于亮條紋中心.④測量多條亮條紋間距離時讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中條紋數(shù)未數(shù)清.12/262命題點一教材原型試驗13/26

現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖甲所表示光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光波長.【例1】甲答案解析(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其它光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件字母排列最正確次序應(yīng)為C、__________、A.E、D、B濾光片單縫雙縫14/26(2)本試驗步驟有：①取下遮光筒左側(cè)元件，調(diào)整光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理次序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件中心位于遮光筒軸線上；③用米尺測量雙縫到屏距離；④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間距離.在操作步驟②時還應(yīng)注意________和________.答案解析單縫和雙縫間距為5～10cm，使單縫與雙縫相互平行.看法析15/26(3)將測量頭分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時手輪上示數(shù)如圖乙所表示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊，記下此時圖丙中手輪上示數(shù)為________mm，求得相鄰亮條紋間距Δx為______mm.答案解析螺旋測微器固定刻度讀數(shù)為13.5mm，可動刻度讀數(shù)為37.0×0.01mm.二者相加為13.870mm，圖乙中讀數(shù)為2.320mm，所以Δx＝2.310mm.2.31013.870337130.53716/26(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏距離l為0.700m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為_________nm.答案解析6.6×102代入數(shù)據(jù)得λ＝6.6×102nm.17/26高考對本試驗考查主要集中在以下兩點：一是干涉圖樣或條紋間距改變分析，二是干涉光波波長或雙縫間距計算等.以上兩點都圍繞條紋間距公式Δx＝

λ應(yīng)用命題.同時，因為Δx測量需要用到螺旋測微器或游標(biāo)卡尺，所以讀數(shù)時要科學(xué)、準(zhǔn)確.方法感悟18/26題組階梯突破1.(1)楊氏干涉試驗證實光確實是一個波，一束單色光投射在兩條相距很近狹縫上，兩狹縫就成了兩個光源，它們發(fā)出光波滿足干涉必要條件，即兩列光_______相同.如圖所表示，在這兩列光波相遇區(qū)域中，實線表示波峰，虛線表示波谷，假如放置光屏，在____(選填“A”“B”或“C”)點會出現(xiàn)暗條紋.答案解析C頻率從兩狹縫發(fā)出光，它們頻率相同，是干涉光，在波峰與波谷相遇區(qū)域中，振動相互抵消，會出現(xiàn)暗條紋，即在C點出現(xiàn)暗條紋.19/26(2)在上述楊氏干涉試驗中，若單色光波長λ＝5.89×10－7m，雙縫間距離d＝1mm，雙縫到屏距離l＝2m.求第1個亮條紋到第11個亮條紋中心間距.答案解析1.178×10－2m相鄰亮條紋中心間距Δx＝

λ由題意知，亮條紋數(shù)目n＝10解得Δx＝

，代入數(shù)據(jù)得Δx＝1.178×10－2m.20/262.用某種單色光做雙縫干涉試驗時，已知雙縫間距離d大小恰好是圖中游標(biāo)卡尺讀數(shù)，如圖丁所表示；雙縫到毛玻璃屏間距離大小由圖中毫米刻度尺讀出，如圖丙所表示；試驗時先移動測量頭(如圖甲所表示)上手輪，把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊一條亮條紋(如圖乙所表示)，并記下螺旋測微器讀數(shù)x1(如圖戊所表示)，然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右移動，直到對準(zhǔn)第7條亮條紋并記下螺旋測微器讀數(shù)x2(如圖己所表示)，由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光波長.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)8.0×10－7m答案解析749mm0.25mm0.300mm14.700讀數(shù)21/26依據(jù)條紋間距公式Δx＝

λ可知，波長λ＝Δx，只要依據(jù)題目提供數(shù)據(jù)就可求解，由圖丁可直接讀出d＝0.25mm＝0.00025m，雙縫到屏距離由圖丙讀出l＝749mm＝0.749m.由圖乙、戊、己可知，兩條相鄰亮條紋間距離Δx＝

＝2.400mm＝0.002400m.22/263命題點二試驗拓展創(chuàng)新23/26

1801年，托馬斯·楊用雙縫干涉試驗研究了光波性質(zhì)，1834年，洛埃利用平面鏡一樣得到了楊氏干涉結(jié)果(稱洛埃鏡試驗).(1)洛埃鏡試驗基本裝置如圖所表示，S為單色光源，M為平面鏡，試用平面鏡成像作圖法畫出S經(jīng)平面鏡反射后光與直線發(fā)出光在光屏上相交區(qū)域.【例2】看法析答案解析如圖所表示24/26(2)設(shè)光源S到平面鏡垂直距離和到光屏垂直距離分別為a和L，光波長為λ，在光屏上形成干涉條紋，寫出相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間距離Δx表示式.看法析答案解析25/263.(·全國Ⅰ·34(1))在雙縫干涉試驗中，分別用紅色和綠色激光照射同一雙縫，在雙縫后屏幕上，紅光干涉條紋間距Δx1與綠光干涉條紋間距Δx2相比，Δx1____Δx2(填“＞”“＝”或“＜”).若試驗中紅光波長為630nm