【物理】2019届二轮复习双缝干涉测光的波长学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习双缝干涉测光的波长学案（全国通用）

第十四章 选修3-4‎ 本章考查的热点有简谐运动的特点及图象、波的图象以及波长、波速、频率的关系，光的折射和全反射，题型以选择题和填空题为主，难度中等偏下，波动与振动的综合及光的折射与全反射的综合，有的考区也以计算题的形式考查．‎ 复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的变化规律、振动与波动的关系及两个图象的物理意义，注意图象在空间和时间上的周期性，分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图；光和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，不可忽视任何一个知识点.‎ ‎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.掌握利用公式测波长的方法．‎ ‎1． 实验原理 如实验原理图甲所示，电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2‎ 双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.‎ 两条相邻明(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．如实验原理图乙所示．学 ‎ ‎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． | |k ]‎ ‎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，如实验原理图丁所示．‎ ‎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，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．‎ ‎④安装双缝和单缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约‎5 cm ‎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．‎ ‎(2)测定单色光的波长 ‎①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．‎ ‎②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，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另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数；将该条纹记为第n条亮纹，测出n个亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距.‎ ‎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．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1． 数据处理 ‎(1)条纹间距的计算：移动测量头的手轮，分划板中央刻线在第1条亮纹中央时读数为a1，在第n条亮纹中央时读数为an，则.‎ ‎(2)根据条纹间距与波长的关系得，其中d为双缝间距，l为双缝到屏的距离．‎ ‎(3)测量时需测量多组数据，求λ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．学 ‎ ‎(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．‎ ‎3． 误差分析 ‎(1)双缝到屏的距离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(暗)条纹的宽度．‎ ‎③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．‎ ‎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.‎ ‎★典型案例★用如图所示的装置测光的波长。‎ ‎（1）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，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为 mm。‎ ‎（2）已知双缝间距d = 2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l = 0.700m，由计算式 ‎ ‎，求得所测红光波长为 nm。‎ ‎【答案】13.870;2.310; ; ;‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（4）根据△x=λ知△=代入数据得：λ==6.6×10-7m=660nm． 学 ‎ ‎【点睛】‎ 该题考查测量双方干涉条纹的宽度，解决本题的关键掌握条纹的间距公式，以及会对螺旋测微器正确读数．‎ ‎★针对练习1★小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图所示，白炽灯发出的光经过滤光片成为波长为的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h，与光屏的距离为D，则条纹间距 。随后小明撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上 填“能”或“不能”观察到干涉条纹。‎ ‎【答案】 ； 不能；‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎【点睛】‎ 根据双缝干涉条纹的间距公式，及平面镜对单缝成像，求解干涉条纹的间距，结合干涉条件，即可求解，并要注意干涉的原理与干涉条纹间距公式，及其产生条件。学 ‎ ‎★针对练习2★如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用缝间距的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离。接通电源使光源正常工作。‎ ‎(1)已知测量头上主尺的分度值是1毫米,副尺(游标尺)上有20小格。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,使分划板中心刻线与某条纹中心对齐,如图乙所示,此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图丙所示,此示数为 ;接着再转动手轮,使分划板中心刻线与某条纹中心对齐时,测量头上的示数为。利用上述测量结果,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长 ‎ ‎(结果保留2位有效数字)‎ ‎(2)另一同学按实验装置安装好仪器后,观察到光的干涉现象效果很好。若他对实验装置做了一下改动后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加。以下改动可能实现这个效果的是 。‎ A．仅将滤光片移至单缝和双缝之间 B．仅将单缝向远离双缝方向移动少许 C．仅将单缝与双缝的位置互换 D．仅将红色滤光片换成绿色的滤光片学 ]‎ ‎【答案】0.25 ;;D;‎ ‎【解析】‎ ‎（1）图中游标卡尺的主尺的刻度为0，游标尺的第5刻度与上边对齐，则读数为：0mm+0.05×5=0.25mm，‎ A到B条纹间的距离为8.40mm，由图可知A到B条纹间的距离为5个条纹宽度，则：‎ 根据公式得： 学+ + ]‎ ‎【点睛】（1）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读；‎ 单测量相邻两根条纹的间距误差比较大，往往采取测量多条干涉条纹的间距，然后求平均值，减小测量的偶然误差．根据测量光波的波长．学 ‎ ‎（2）对实验装置作了一下改动后，条纹数目有所增加，可知各条纹的宽度减小，然后由分析即可．‎