《2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十四章 實(shí)驗(yàn)十六 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)講義（含解析）教科版.docx》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十四章 實(shí)驗(yàn)十六 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)講義（含解析）教科版.docx（5頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

實(shí)驗(yàn)十六　用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 1.實(shí)驗(yàn)原理 如圖1所示，光源發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)濾光片后變成單色光，再經(jīng)過(guò)單縫S時(shí)發(fā)生衍射，這時(shí)單縫S相當(dāng)于一個(gè)單色光源，衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個(gè)步調(diào)完全一致的單色相干光源，相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長(zhǎng)λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關(guān)，其關(guān)系式為：Δx＝λ，因此，只要測(cè)出Δx、d、l即可測(cè)出波長(zhǎng)λ. 圖1 兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測(cè)量頭測(cè)出.測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖2所示. 圖2 2.實(shí)驗(yàn)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(cè)量頭，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺. 3.實(shí)驗(yàn)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3所示. 圖3 ②接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光. ③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達(dá)光屏. ④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上，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，觀察單色光的干涉條紋.(2)測(cè)定單色光的波長(zhǎng) ①安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋. ②使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央，如圖4所示，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第n條亮條紋，測(cè)出n條亮條紋間的距離a，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝. 圖4 ③用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間距離l(d是已知的). ④重復(fù)測(cè)量、計(jì)算，求出波長(zhǎng)的平均值. 1.數(shù)據(jù)處理 (1)條紋間距的計(jì)算：轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，分劃板中心刻線在第1條亮條紋中央時(shí)讀數(shù)為a1，在第n條亮條紋中央時(shí)讀數(shù)為an，則Δx＝. (2)根據(jù)條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d為雙縫間距，l為雙縫到光屏的距離. (3)測(cè)量時(shí)需測(cè)量多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值. 2.注意事項(xiàng) (1)調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時(shí)，要注意調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮. (2)放置單縫和雙縫時(shí)，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上. (3)調(diào)節(jié)測(cè)量頭時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條亮條紋間的距離. (4)不要直接測(cè)Δx，要測(cè)多條亮條紋的間距再計(jì)算得到Δx，這樣可以減小誤差. (5)白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層. 3.誤差分析 (1)雙縫到光屏的距離l的測(cè)量存在誤差. (2)測(cè)條紋間距Δx帶來(lái)的誤差： ①干涉條紋沒(méi)有調(diào)整到最清晰的程度. ②誤認(rèn)為Δx為亮條紋的寬度. ③分劃板中心刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒(méi)有恰好位于亮條紋中心. ④測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清. 命題點(diǎn)一　教材原型實(shí)驗(yàn) 例1　現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖5甲所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng). 甲 圖5 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列最佳順序應(yīng)為C、________、A. (2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有： ①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮； ②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； ③用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離； ④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮條紋間的距離. 在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意________和________. (3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對(duì)齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖乙所示.然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖丙中手輪上的示數(shù)為_(kāi)_____mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為_(kāi)_____mm. (4)已知雙縫間距d為2.010－4m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計(jì)算式λ＝________，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為_(kāi)_______nm. 答案　(1)E、D、B　(2)見(jiàn)解析　(3)13.870　2.310　(4)Δx　6.6102 解析　(1)通過(guò)濾光片獲得單色光，通過(guò)單縫獲得線光源，通過(guò)雙縫獲得相干光，故最佳順序?yàn)镃、E、D、B、A. (2)單縫和雙縫間距為5～10cm，使單縫與雙縫相互平行. (3)題圖丙中固定刻度讀數(shù)為13.5 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為37.00.01 mm.二者相加為13.870 mm，題圖乙中的讀數(shù)為2.320mm，所以Δx＝mm＝2.310mm. (4)根據(jù)Δx＝λ，得λ＝Δx，代入數(shù)據(jù)得λ＝6.6102nm. 變式1　(多選)(2017全國(guó)卷Ⅱ34(1))在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣.若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是(　　) A.改用紅色激光 B.改用藍(lán)色激光 C.減小雙縫間距 D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng) E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng) 答案　ACD 解析　根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝λ可知，要使Δx增大，可以增大波長(zhǎng)或增大雙縫到屏的距離或縮小雙縫間的距離，所以選項(xiàng)A、C、D正確，B、E錯(cuò)誤. 變式2　用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖6丁中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)；雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小由圖丙中的毫米刻度尺讀出；實(shí)驗(yàn)時(shí)先移動(dòng)測(cè)量頭(如圖甲所示)上的手輪，把分劃線對(duì)準(zhǔn)靠近最左邊的一條亮條紋中心(如圖乙所示)，并記下手輪上的讀數(shù)x1(如圖戊所示)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，把分劃線向右移動(dòng)，直到對(duì)準(zhǔn)第7條亮條紋中心并記下手輪上的讀數(shù)x2(如圖己所示)，由以上測(cè)量數(shù)據(jù)求該單色光的波長(zhǎng).(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖6 答案　8.010－7m 解析　根據(jù)條紋間距公式Δx＝λ可知，波長(zhǎng)λ＝Δx，由題圖丁可直接讀出d＝0.25 mm＝0.000 25 m，雙縫到屏的距離由題圖丙讀出l＝74.90 cm＝0.749 0 m.由題圖乙、戊、己可知，兩條相鄰亮條紋間的距離Δx＝mm＝2.400mm＝0.002400m. 將以上數(shù)據(jù)代入得λ＝＝m≈8.010－7m. 命題點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新 例2　在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1____Δx2(填“＞”“＝”或“＜”).若實(shí)驗(yàn)中紅光的波長(zhǎng)為630nm，雙縫與屏幕的距離為1.00m，測(cè)得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5mm，則雙縫之間的距離為_(kāi)_______mm. 答案?。尽?.3 解析　雙縫干涉條紋間距Δx＝λ，紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以紅光的雙縫干涉條紋間距較大，即Δx1＞Δx2.相鄰條紋間距Δx＝＝2.1mm＝2.110－3m，根據(jù)Δx＝λ可得d＝＝0.3mm. 變式3　1801年，托馬斯楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)研究了光波的性質(zhì)，1834年，洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn)). 圖7 (1)洛埃鏡實(shí)驗(yàn)的基本裝置如圖7所示，S為單色光源，M為平面鏡，試用平面鏡成像作圖法畫(huà)出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直線發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域. (2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L，光的波長(zhǎng)為λ，在光屏上形成干涉條紋，寫(xiě)出相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間距離Δx的表達(dá)式. 答案　見(jiàn)解析 解析　(1)如圖所示 (2)Δx＝λ，因?yàn)閐＝2a，故Δx＝λ.