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. . . .13. 4 实验 用双缝干涉测光的波长 习题一、 考情分析考试大纲考纲解读实验十五 用双缝干涉测光的波长二、考点知识梳理 实验目的:1. 明确实验器材的构成及其作用.2.观察白光及单色光的双缝干涉图样.3.测定单色光的波长.实验原理:图14-11、光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,干涉条纹可从屏上观察到.图样中相邻两条亮(暗)纹间的距离x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长之间满足 .通过测量d、L、x就可计算出光的波长.2、双缝间的距离d是已知的,双缝到屏的距离L可以用_测出,相邻两条亮(暗)纹间的距离x用_(如图实14-1)测出.测量头由_、_、_等构成.转动手轮,分划板会左右移动.测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的_(如图实14-2),记下此时手轮上的读数.图14-2转动测量头,使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心,记下此时手轮上的读数.两次读数_就表示这两条条纹间的距离.实验器材:双缝干涉仪、米尺、测量头.三、考点知识解读剖析:(一)、实验步骤:、观察双缝干涉图样:1如图实14-3所示,把直径约10cm、长约1m的遮光简水平放在光具座上,筒的一端装有双缝,另一端装有毛玻璃屏. 图14-32取下双缝,打开光源,调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.3放好单缝和双缝,单缝和双缝间的距离约为5 cm10 cm,使缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样.4. 在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的双缝干涉图样.5分别改变滤光片和双缝,观察干涉图样的变化.测定单色光的波长: 6已知双缝间的距离,用米尺测出双缝到屏的距离,用测量头测出相邻两条亮(暗)纹间的距离,由,算单色光的波长.为了减小误差,可测出条亮纹(暗)纹间的距离,则可以求出相邻两条亮(暗)纹间的距离.例如,转动测量头上的手轮,把分划板上的刻线对准视场左边的某一亮条纹(记下读数),把分划板向右移动,使之对齐第7条亮条纹(记下读数),则 .图14-47换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹间距的变化,并求出相应色光的波长.(二)、注意事项:1单缝双缝应相互平行,其中心位于遮光筒的轴线上,双缝到单缝的距离应相等.2测双缝到屏的距离,可用米尺测多次取平均值.3测条纹间距时,用测量头测出条亮(暗)纹间的距离,求出相邻的两条明(暗)纹间的距离 .4.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆解遮光筒,测量头等元件。5.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去。6.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。7.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。8.调节的基本依据是:照在像屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴线所致,干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致,故应正确调节。(三)、数据处理方法单色光波长的求解:范例:用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离的大小恰好是图实14-5中游标卡尺的读数,双缝到毛玻璃屏间的距离的大小也由图实14-6中毫米刻度尺读出.实验时先移动测量头上的手轮,把分化线对准靠近最左边的一条明条纹(如图实14-7所示),并记下螺旋测微器的读数(如图实14-8所示),然后转动手轮,把分划线向右边移动,直到对准第7条明条纹并记下螺旋测微器的读数(如图实14-9所示),试由以上测量数据求该单色光的波长. 图14-5图14-6图14-8图14-9图14-7 由图实14-5读得所用双缝间距d0.25mm.图实14-6中双缝的位置,毛玻璃屏的位置,则双缝到屏的间距.图简谱14-8和图14-4-9中手轮的初始读数为,转动手轮,分划板中心刻线移动到第7条线时手轮读数,则相邻亮条纹间的距离 .(四)、误差来源及分析1.光波的波长很小,、的测量对波长的影响很大.2.在测量时,一般用毫米刻度尺,而测量时,用千分尺.3.多次测量求平均值减小偶然误差.例题 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,要把它们放在图实14-10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.遮光筒将白光光源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顺序应为C、_、A.图14-10本实验的步骤有: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;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;用米尺测量双缝到屏的距离;用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.在操作步骤时还应注意_和_.图14-11035 30104035图14-12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实14-11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,记下此时图实14-12中手轮上的示数_mm,求得相邻亮纹的间距x为_mm.已知双缝间距d为2.010-4m,测得双缝到屏的距离l为0.700m,由计算式=_,求得所测红光波长为_nm.【思路点拨】滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是获取点光源,双缝屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏.所以排列顺序为:、.在操作步骤时应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间的距离大约为5cm10cm;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上.螺旋测微器的读数应该:先读整数刻度,然后看半刻度是否露出,最后看可动刻度,读数为13.870mm.图中读数为2.320mm,所以相邻条纹间距:由条纹间距公式得:,代入数值得:.【变式训练】在用双缝干涉测光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图实14-13 1),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。图14-13 已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图2(a)所示,图2(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图2(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3(a)所示,此时图3(b)中游标尺上的读数x2= ; 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= mm;这种色光的波长= nm。解析:由游标卡尺的读数规则可知x2=15.0mm+10.02mm=15.02mm;图2(a)中暗纹与图3(a)中暗纹间的间隔为6个,故x=(x2- x1)/6=(15.02-1.16)/6=2.31mm;由x=L/d可知=dx/L=0.20mm2.31mm/700mm=6.6102nm。四、考能训练A 基础达标 1.在做双缝干涉实验时,若在双缝后各放置一个偏振片,当两个偏振片的透振方向相互垂直时( )A光屏上仍有干涉条纹,但亮条纹的亮度减小B光屏上仍有干涉条纹,但亮条纹的亮度增大C干涉条纹消失,但仍有光照射到光屏上D干涉条纹消失,光屏上一片黑暗2.关于双缝干涉测光的波长实验,下列说法正确的是( )A滤光片放在单缝与双缝之间B测量时,分划板刻线竖直放置C从第1条到第n条亮纹中央距离为,则相邻亮条纹间距为D换用不同滤光片后应调节单、双缝间距才能看到干涉条纹3.用单色光做双缝干涉实验,下列说法正确的是( )A相邻干涉条纹之间距离相等B中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍C屏与双缝之间距离减小,则屏上条纹间的距离增大D在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距4.某同学在做双缝干涉实验时,按要求安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是因为( )A光源发出的光束太强B单缝与双缝不平行C没有安装滤光片D光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大5.如图实14-14所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为光源、_、_、_、遮光筒、光屏.对于某种单色光,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取_或_的方法.图14-146.在用双缝干涉测光的波长的实验中,准备了下列仪器: A白炽灯 B双窄缝片 C单窄缝片 D滤光片 E毛玻璃光屏(1)把以上仪器安装在光具座上,自光源起合理的顺序是(填字母)_(2)在某次实验中,用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹,其中亮纹、的位置利用测量头上的分划板确定,如图所示.其中表示纹位置(图实14-14)的手轮读数为_mm,纹位置(图实14-15)的手轮读数为_mm.图14-14图14-15(3)如果上述实验中双缝与光屏间距为0.500m,所用的双窄缝片是相距0.18mm规格的双窄缝片,则实验中所用单色光的波长为_m.(结果保留3位有效数字)7.如图实14-16所示,某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐条纹中心时(图a),游标卡尺的示数为0.03 cm,第二次分划板中心刻度线对齐条纹中心时(图b),游标卡尺的示数如图c所示,已知双缝间距离为0.2 mm,从双缝到屏的距离为0.75 m.则图c中游标卡尺的示数为_ cm,所测光波的波长为_nm.图14-168. (1)如图实14-17所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为光源、 、 、 、遮光筒、光屏.对于某种单色光,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取 或 的方法。图14-179.用双缝干涉测光的波长.实验装置如图实14-18所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100mm,双缝与屏的距离L2=700mm,双缝间距d=0.25mm.用测量头
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