2022届新高考一轮复习人教版 第十四章 实验二十　用双缝干涉实验测量光的波长 课件（38张）

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 一、实验目的1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。3．测定单色光的波长。
两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图乙所示。
2．实验器材双缝干涉仪，即(光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。
3．实验步骤(1)观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。③调节各器件的高度，使灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm。⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。④重复测量、计算，求出波长的平均值。
2．注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。(4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层。
3．误差分析(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差。(2)测条纹间距Δx带来的误差：①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。②误认为Δx为亮条纹的宽度。③分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。
命题点　教材原型实验　实验原理与操作[典列1]　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，要把它们放在如图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。
(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，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。(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，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；②按合理的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用刻度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)测量数条亮条纹间的距离。在操作步骤②时还应注意________、________和________。
[解析]　(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以排列顺序为：C、E、D、B、A。(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上。[答案]　(1)E　D　B　(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行　单缝、双缝间的距离要适当　要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上
　实验数据处理与分析[典例2]　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，如图甲所示，并选用缝间距d＝0.2 mm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＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm。(2)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Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm。
[答案]　(1)15.02　(2)2.31　660
1．某同学在观察光的波动性实验中：(1)将激光束照射在如图甲所示的单缝上，在光屏上采集到的光强分布图象如图乙所示，则该同学所做的实验是光的________(填“干涉”或“衍射”)实验；亮条纹的光强分布特点是________________。
解析：(1)该同学做的是单缝衍射实验，光屏上亮条纹的光强分布特点是：中间强两边弱。答案：(1)衍射　中间强两边弱
(2)若把图甲中的单缝改为双缝，在光屏上观察到的现象将会是选项图中的________。(3)在第(2)问中，若换用双缝间距更小的双缝，其他条件不变，则在光屏上观察到的条纹间距将________；若减小双缝到光屏的距离，其他条件不变，则在光屏上观察到的条纹间距将________。(均选填“变宽”“变窄”或“不变”)
答案：　(2)A　(3)变宽　变窄
2．(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________________或________________的方法。
答案：(1)滤光片　单缝　双缝　增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)　减小双缝之间的距离
(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是________(填数字代号)。(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，手轮的示数如图甲所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，手轮的示数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是________mm。
答案：(2)②③ (3)1.610
(4)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3位有效数字)。
答案：　(4)5.37×10－7
3．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。(1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是______。
解析：(1)题图甲中的条纹间距和亮度相同，是干涉图样，图乙是衍射图样。答案：(1)甲
(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。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，表示各光学元件的排列顺序应为________。(填写元件代号)
解析：(2)光源发出的白光，各种频率都有，加上E后通过的只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为CEDBA。答案：(2)CEDBA　
(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50 mm，双缝到光屏的距离l＝0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图(a)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图(b)所示，则其示数为_____ mm；在B位置时游标卡尺如图(c)所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为____ m。
答案：(3)111.10　5.4×10－7
4．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图丁所示；双缝到毛玻璃间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动测量头(如图甲)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长。