高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册科学测量:用双缝干涉测光的波长学案设计

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册科学测量:用双缝干涉测光的波长学案设计，共4页。
[学习目标] 1.了解实验装置，知道实验原理。2.会用测量头测量亮条纹的间距(重点)。3.经历实验过程，能分析双缝干涉条纹的信息，测得光的波长(难点)。
一、实验目的
1．用双缝干涉实验装置测量光的波长。
2．学习测量________距离的方法。
二、实验器材
________(毫米刻度尺)、双缝干涉仪[由光源、________、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、________(如图)组成]、学生电源。
三、实验原理与设计
根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ＝eq \f(d,l)Δy，分别测量l和Δy(实验中d已知)，可求得光波波长，为减小测量误差，可先测n个条纹间距，再求相邻条纹间距。
四、实验步骤
1．如图所示，在光具座上把各光学元件装配好。调节各光学元件中心共轴。
2．先观察光屏上的白光干涉条纹的特点，再给光源加上不同的滤光片，观察条纹的变化。
3．记下双缝间的距离d，测量并记录双缝到光屏的距离l。
4．转动手轮，先使分划板中心刻线对准某条亮(或暗)条纹中心，如图所示，记下此时的读数。继续转动手轮，使分划板中心刻线移过n条条纹，对齐另一亮条纹(或暗条纹)中心，再记下此时的读数。转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转。
五、数据记录和处理
把测量结果记录在数据表格中，算出两次读数之差，并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy。求出光的波长。
1．使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，则相邻两亮条纹间距Δy为多少？
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2．若照在像屏上的光很弱或干涉条纹不够清晰，主要原因是什么？应如何调节？
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六、误差分析
1．测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用________________，进行多次测量求平均值的办法减小误差。
2．测条纹间距Δy带来的误差。
(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。
(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。
(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。
七、注意事项
1．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。
2．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、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm。
3．测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。
4．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。
例1 (2023·海南琼中附中高二月考)(1)如图所示，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①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取______________的方法(写一种方法即可)；
(2)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央，手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是 mm；
(3)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是________ m(取三位有效数字)。
针对训练 某同学在做“用双缝干涉测光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻线对齐第2条亮条纹的中心时(如图甲中的A)，测量头上的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻线对齐第6条亮条纹的中心时(如图丙中的B)，测量头上的示数如图丁所示。已知双缝间距d＝0.5 mm，双缝到屏的距离l＝1 m，则：
(1)图乙中游标卡尺的示数为________ cm。
(2)图丁中游标卡尺的示数为________ cm。
(3)所测光波的波长为______________ m(保留两位有效数字)。
例2 有位同学做双缝干涉实验时，通过测量头观察到如图所示清晰的干涉图样，出现这种现象的原因是( )
A．单缝和双缝没有调平行
B．光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏没有调共轴
C．光源过于右偏，应调节光源，使它适当左移
D．测量头过于右偏，应调节测量头上的手轮，使它适当左移
第2节 科学测量：用双缝干涉
测光的波长
一、2.微小
二、光具座 滤光片 测量头
思考与讨论
1．|eq \f(a2－a1,n－1)|
2．照在像屏上的光很弱，主要原因是光源与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。应调节各光学元件的中心共轴；调节单缝和双缝平行。
六、1.毫米刻度尺
例1 (1)滤光片 单缝 双缝 增大双缝到光屏间的距离 (2)1.610 (3)5.37×10－7
解析 (1)根据双缝干涉实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝；
根据双缝干涉相邻条纹间的距离公式Δy＝eq \f(l,d)λ可知，对于某种单色光，为增加相邻亮条纹间的距离，可采取的方法有：增大双缝到光屏间的距离、减小双缝间的距离；
(2)图甲手轮的读数为x1＝0＋4.5×0.01 mm＝0.045 mm，图乙手轮的读数为x2＝14.5 mm＋3.5×0.01 mm＝14.535 mm，
相邻两亮条纹的间距是Δy＝eq \f(x2－x1,10－1)＝1.610 mm。
(3)根据双缝干涉相邻条纹间的距离公式Δy＝eq \f(l,d)λ
可得待测光的波长为λ＝eq \f(dΔy,l)＝eq \f(0.30×1.610,900)×10－3 m≈5.37×10－7 m。
针对训练 (1)1.250 (2)1.775
(3)6.6×10－7
例2 D [由图中干涉图样可知，干涉条纹清晰，亮度正常，干涉条纹偏左，出现这种现象的原因是测量头过于右偏，应调节测量头上的手轮，使它适当左移，故选D。]