【物理】2019届一轮复习人教版实验十六用双缝干涉测量光的波长学案

【物理】2019届一轮复习人教版实验十六用双缝干涉测量光的波长学案

实验十六　用双缝干涉测量光的波长 考纲要求 考情分析 命题趋势 用双缝干涉测量光的波长 ‎2016·江苏卷，12B(2)‎ 高考主要侧重考查以下三个方面：1.实验操作的规范性考查；2.实验数据的记录和分析；3.实验误差分析 知识梳理·夯实基础 一、实验目的 ‎1．理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器．‎ ‎2．观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样．‎ ‎3．掌握利用公式Δx＝λ测波长的方法．‎ 二、实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ＝d．‎ 三、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．‎ 附：测量头的构造及使用．‎ 如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板的中心刻度对齐条纹的中心，如图乙，记下此时手轮上的读数．然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的刻度．两次读数之差就表示这两个亮条纹间的距离．‎ 实际测量时，要测出n条亮条纹(暗条纹)的间距，设为a，那么Δx＝．‎ 四、实验步骤 ‎1．安装仪器 ‎(1)将光源、滤光片、单缝、双缝、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，使白炽灯正常发光．调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．‎ ‎(3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行．‎ ‎2．观察与记录 ‎(1)调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹．‎ ‎(2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．‎ ‎(3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离Δx＝.　‎ ‎(4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长．‎ ‎3．数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式λ＝Δx计算波长．重复测量、计算，求出波长的平均值．‎ 五、误差分析 测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距Δx测量不准，或双缝到屏的距离测不准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用多次测量取平均值的方法来减小误差．‎ 六、注意事项 ‎1．调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的一束光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条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条纹间的距离．‎ ‎4．不要直接测Δx，要测多个亮条纹的间距再计算得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．‎ 核心考点·分层突破 考点1　实验原理和操作 ‎[例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，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、__E__、__D__、__B__、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)测量数条亮纹间的距离．‎ 在操作步骤②时还应注意__放置单缝、双缝时，必须使缝平行__和__单缝、双缝间的距离要适当__．‎ 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、双缝和光屏的中心在同一轴线上．‎ 实验记忆口诀 亮光源、滤光片，单缝双缝成一线；‎ 遮光筒、测量头，中间有屏把像留；‎ 单缝双缝平行放，共轴调整不能忘；‎ 分划线，亮条纹，对齐平行测得准；‎ n条亮纹读尺数，相除可得邻间距；‎ 缝距筒长记分明，波长公式要记清．‎ 考点2　数据处理和误差分析 ‎[例2]在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示．‎ ‎(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点 A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置 B．干涉条纹与双缝垂直 C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 D．干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中，你认为正确的是__D__．‎ ‎(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为__0.700__mm．‎ ‎(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．则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值__大于__实际值(选填“大于”“小于”或“等于”)．‎ 解析　(1)光源的形状、大小及放置方式对实验没有影响，A错误；干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的疏密Δx＝λ与单缝宽度无关，C错误，D正确．‎ ‎(2)手轮的读数为‎0.5 mm＋20.0×‎0.01 mm＝‎0.700 mm．‎ ‎(3)条纹与分划板不平行时，实际值Δx实＝Δx测cos θ，θ为条纹与分划板间的夹角，故Δx实<Δx测．‎ 对应演练·迁移运用 ‎1．在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1__>__Δx2(选填“＞”“＜”或“＝”)．若实验中红光的波长为630 nm，双缝到屏幕的距离为‎1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为‎10.5 mm，则双缝之间的距离为__0.300__mm．‎ 解析　双缝干涉条纹宽度Δx＝λ，因为红光波长长，故Δx1>Δx2；其中Δx1＝ mm＝‎2.1 mm，l＝1×‎103 mm，λ＝6.30×10－‎4 mm，代入解得d＝‎0.300 mm．‎ ‎2．在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图)：‎ ‎(1)下列说法哪一个是错误的__A__(填选项前的字母)．‎ A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝.　‎ ‎(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为__1.970__mm．‎ 解析　(1)在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的形状来判定光束是否沿遮光筒的轴线传播，故选项A错误；因条纹宽度是指相邻亮纹中心或相邻暗纹中心之间的距离，故选项B正确；微小量累积法可有效减小测量中的偶然误差，故选项C正确．‎ ‎(2)手轮上固定刻度读数为‎1.5 mm，可动刻度读数为47.0×‎0.01 mm，故测量结果为‎1.5 mm＋47.0×‎0.01 mm＝‎1.970 mm．‎ ‎3．用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件 A．白炽灯　　　 B．单缝片 C．光屏 D．双缝 E．遮光筒 F．滤光片 ‎(其中双缝和光屏连在遮光筒上)‎ ‎(1)正确调节装置后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮条纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮条纹间的距离为b，则一定有a__大于__b(选填“大于”“小于”或“等于”)．‎ ‎(2)在双缝干涉实验中，滤光片的作用是__获得单色光__，单缝的作用是__形成线光源__，双缝的作用是__形成相干光源__．‎ 解析　由于红光的波长大于绿光的波长，根据Δx＝λ可知，红色光的干涉条纹间距大于绿色光的干涉条纹间距，因此a>b．‎ ‎(2)各元件的作用为：滤光片的作用是获得单色光，单缝的作用是形成线光源，双缝的作用是形成相干光源．‎ ‎4．在观察光的双缝干涉现象的实验中：‎ ‎ ‎ ‎(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的__A__．‎ ‎(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将__变宽__；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将__变窄__.(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)‎ 解析　(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确．‎ ‎(2)根据Δx＝λ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄．‎ ‎5．在“观察光的干涉现象”的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按如图所示的方法，让激光束通过自制的双缝，观察在光屏上出现的现象．‎ ‎(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距__越大__.(选填“越大”或“越小”)‎ ‎(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距__越大__.(选填“越大”或“越小”)‎ ‎(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时__小__.(选填“大”或“小”)‎ ‎(4)在该实验中，若所用激光的波长为5.30×10－‎7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.85×10－‎6 m，则在这里出现的应是__暗条纹__.(选填“亮条纹”或“暗条纹”)‎ 解析　(1)由Δx＝λ可知双缝间隙d越小，明暗相间的条纹间距Δx越大．‎ ‎(2)由Δx＝λ可知，光屏到缝的距离l越大，明暗相间的条纹间距Δx越大．‎ ‎(3)由Δx＝λ可知，因蓝色光的波长比红色光的波长小，故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小．‎ ‎(4)屏上P点距双缝S1和S2的路程差为所用激光的波长的3.5倍，所以P点应出现暗条纹．‎