物理选择性必修 第一册实验：用双缝干涉测量光的波长一课一练

这是一份物理选择性必修 第一册实验：用双缝干涉测量光的波长一课一练，共5页。试卷主要包含了用双缝干涉实验装置测量光的波长，学习测量微小距离的方法，条纹间距Δx的测定等内容，欢迎下载使用。

知识点一 实验目的
1．用双缝干涉实验装置测量光的波长。
2．学习测量微小距离的方法。
知识点二 实验器材
光具座、双缝干涉仪(由光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头组成)、学生电源。
知识点三 实验原理与设计
1．推导
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2连接的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。在PS2上确定M点，使PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看作直角三角形。有r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ)。
则x＝ltan θ≈lsin θ
有r2－r1＝deq \f(x,l)
若P处为亮纹，则deq \f(x,l)＝±kλ(k＝0，1，2，…)
解得x＝±keq \f(l,d)λ(k＝0，1，2，…)
相邻两亮纹或暗纹的中心距离Δx＝eq \f(l,d)λ。
2．测量原理
由公式λ＝eq \f(d,l)Δx，分别测量d、l和Δx，可求得光的波长。
3．条纹间距Δx的测定
如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，如图乙所示，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝eq \f(a,n－1)。
知识点四 实验步骤
1．如图甲所示，在光具座上把各光学元件装配好。从遮光筒上取下双缝，打开电源，调节光源的高度，直到光束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃屏的中心，放上单缝和双缝，使它们的距离为5～10 cm，并保持缝相互平行。
2．观察光屏上的白光干涉条纹的特点。给光源加上不同的滤光片，看条纹的色彩、间距发生了什么变化，相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等。
3．记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离l。
4.转动手轮，先使分划板中心刻线对准某条亮条纹中心，如图乙所示，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。
5．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Δx。求出光的波长。
知识点五 注意事项
1．单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝距离应相等。
2．测双缝到屏的距离l可用米尺测多次取平均值。
3．测条纹间距Δx时，用测量头测出n条亮(暗)纹间的距离a，求出相邻的两条亮(暗)纹间的距离Δx＝eq \f(a,n－1)。
易错易混点一 实验原理
易错易混点1.1对实验原理认识不清。
例1．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是( )

甲 乙
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．减小双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
易错易混点1.1剖析
测量原理
由公式Δx＝ eq \f(l,d)λ 可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝ eq \f(d,l)Δx 计算出入射光波长的大小．
易错易混点二 不会利用光的干涉条纹求光的波长
易错易混点2.1对利用光的干涉条纹求光的波长原理和实验操作认识不清
例2．图甲是利用双缝干涉测量某单色光波长的实验装置，测得双缝屏到毛玻璃屏的距离l为0.2 m、双缝间的距离d为0.4 mm，图乙是通过该仪器的观测装置看到的毛玻璃屏上的干涉图样，其中1、2、3、4、5…是亮条纹的编号，图丙、图丁是利用该仪器测光的波长时观察到的情景，图丙是测第1号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为____________mm，图丁是测第4号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为____________mm。根据上面测出的数据可知，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝____________mm，计算波长的数学表达式λ＝____________，被测光的波长为____________nm。
易错易混点2.1剖析
1．双缝间的距离d：由双缝玻璃上直接读出．
2．双缝到屏的距离l：由刻度尺测量．
3．相邻亮条纹之间的距离Δx.
如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，如图乙所示，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n条亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝eq \f(a,n－1).

甲 乙
针对训练
1. 同学们利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使白炽灯正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作可行的是________。
A．将单缝向双缝靠近
B．使用间距更小的双缝
C．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动
D．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条亮纹中央到第n条亮纹中央间的距离为x，则单色光的波长λ＝____________。
(3)若只将滤光片去掉，下列说法正确的是________。
A．屏上出现黑白相间的干涉条纹，中央是亮纹
B．屏上出现黑白相间的干涉条纹，中央是暗纹
C．屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹
D．屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹
2. (1)某同学进行双缝干涉实验时备有下列仪器：
A．白炽灯 B．双缝 C．单缝 D．滤光片 E．光屏
把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是：______________(填写字母代号)。
(2)已知双缝到光屏之间的距离L＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示。则入射光的波长λ＝_____________________________m(结果保留2位有效数字)。
(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有________。
A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光
B．增大双缝到屏的距离
C．增大双缝到单缝的距离
D．增大双缝间距
3. 现有毛玻璃屏A、双缝B、白色光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，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、E、________。
(2)本实验的步骤有：
①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；
②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；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④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②时还应注意单缝、双缝应__________且__________________。
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示。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，记下此时图乙中手轮上的示数为__________mm，求得相邻亮纹的间距Δx＝__________mm。
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm。
4. 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示．
甲
(1) 以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：
A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B．干涉条纹与双缝垂直
C．干涉条纹疏密程度与双缝间距有关
D．干涉条纹间距与光的波长有关
以上几点中你认为不正确的是__ __.
(2) 当测量头中的分划板中心刻线对齐某个亮条纹中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为____mm.

乙 丙
(3) 如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，则在这种情况下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．
5. 利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距为d＝0.4mm，双缝与光屏间的距离L＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹，分划板在图中A、B位置时游标卡尺(10分度)读数如图所示，则分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝____mm, xB＝___mm，相邻两条纹间距Δx＝____mm.

重点+难点
核心素养解读
1.重点：Δx、l、d、λ的关系推导与应用，双缝干涉测量光的波长的实验原理及操作．
2.难点：实验的误差分析和故障分析．
1. 科学思维：能根据双缝干涉实验，提出测量光的波长的实验思路．
2．科学探究：通过进行“用双缝干涉测量光的波长”实验，加深对双缝干涉图样的认识和理解．