高考物理復習第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論實驗十六用雙縫干涉測量光的波長同時練習使用測量頭

試驗十六用雙縫干涉測量光波長(同時練習使用測量頭)第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論1/26內容索引過好雙基關命題點一

教材原型試驗命題點二

試驗拓展創新2/261過好雙基關3/261.試驗原理如圖所示，光源發出光，經過濾光片后變成單色光，再經過單縫S時發生衍射，這時單縫S相當于一個單色光源，衍射光波同時抵達雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當于兩個步調完全一致單色相干光源，相鄰兩條亮(暗)條紋間距離Δx與入射光波長λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏距離l相關，其關系式為：Δx＝____，所以，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ.基本試驗要求4/26兩條相鄰亮(暗)條紋間距離Δx用測量頭測出.測量頭由分劃板、目鏡、手輪等組成.如圖所表示.5/262.試驗器材雙縫干涉儀，即：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭，另外還有學生電源、導線、刻度尺.3.試驗步驟(1)觀察雙縫干涉圖樣①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所表示.6/26②接好光源，打開開關，使燈絲正常發光.③調整各器件高度，使光源燈絲發出光能沿

抵達光屏.④安裝單縫和雙縫，盡可能使縫中點位于遮光筒軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5～10cm.⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光干涉條紋.遮光筒軸線7/26(2)測定單色光波長①安裝測量頭，調整至可清楚觀察到干涉條紋.②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋中央，如圖所表示，記下手輪上讀數，將該條紋記為第1條亮條紋；轉動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋中央，記下此時手輪上讀數，將該條紋記為第n條亮條紋，測出n條亮條紋間距離a，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝_______.③用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l(d是已知).④重復測量、計算，求出波長平均值.8/261.數據處理(1)條紋間距計算：移動測量頭手輪，分劃板中央刻線在第1條亮條紋中央時讀數為a1，在第n條亮條紋中央時讀數為an，則Δx＝_________.(2)依據條紋間距與波長關系Δx＝_____得λ＝______，其中d為雙縫間距，l為雙縫到光屏距離.(3)測量時需測量多組數據，求λ平均值.規律方法總結9/262.注意事項(1)調整雙縫干涉儀時，要注意調整光源高度，使它發出光束能夠沿著遮光筒軸線把屏照亮.(2)放置單縫和雙縫時，縫要相互

，中心大致位于遮光筒軸線上.(3)調整測量頭時，應使分劃板中心刻線和亮條紋中心對齊，記清此時手輪上讀數，轉動手輪，使分劃板中心刻線和另一亮條紋中心對齊，記下此時手輪上讀數，兩次讀數之差就表示這兩條亮條紋間距離.平行10/26(4)不要直接測Δx，要測多條亮條紋間距再計算得到Δx，這么能夠減小誤差.(5)白光干涉觀察到是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外層.11/263.誤差分析(1)雙縫到光屏距離l測量存在誤差.(2)測條紋間距Δx帶來誤差：①干涉條紋沒有調整到最清楚程度.②誤認為Δx為亮條紋寬度.③分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于亮條紋中心.④測量多條亮條紋間距離時讀數不準確，此間距中條紋數未數清.12/262命題點一教材原型試驗13/26

現有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖甲所表示光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光波長.【例1】甲答案解析(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其它光學元件，由左至右，表示各光學元件字母排列最正確次序應為C、__________、A.E、D、B濾光片單縫雙縫14/26(2)本試驗步驟有：①取下遮光筒左側元件，調整光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理次序在光具座上放置各光學元件，并使各元件中心位于遮光筒軸線上；③用米尺測量雙縫到屏距離；④用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮條紋間距離.在操作步驟②時還應注意________和________.答案解析單縫和雙縫間距為5～10cm，使單縫與雙縫相互平行.看法析15/26(3)將測量頭分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時手輪上示數如圖乙所表示.然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊，記下此時圖丙中手輪上示數為________mm，求得相鄰亮條紋間距Δx為______mm.答案解析螺旋測微器固定刻度讀數為13.5mm，可動刻度讀數為37.0×0.01mm.二者相加為13.870mm，圖乙中讀數為2.320mm，所以Δx＝2.310mm.2.31013.870337130.53716/26(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏距離l為0.700m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為_________nm.答案解析6.6×102代入數據得λ＝6.6×102nm.17/26高考對本試驗考查主要集中在以下兩點：一是干涉圖樣或條紋間距改變分析，二是干涉光波波長或雙縫間距計算等.以上兩點都圍繞條紋間距公式Δx＝

λ應用命題.同時，因為Δx測量需要用到螺旋測微器或游標卡尺，所以讀數時要科學、準確.方法感悟18/26題組階梯突破1.(1)楊氏干涉試驗證實光確實是一個波，一束單色光投射在兩條相距很近狹縫上，兩狹縫就成了兩個光源，它們發出光波滿足干涉必要條件，即兩列光_______相同.如圖所表示，在這兩列光波相遇區域中，實線表示波峰，虛線表示波谷，假如放置光屏，在____(選填“A”“B”或“C”)點會出現暗條紋.答案解析C頻率從兩狹縫發出光，它們頻率相同，是干涉光，在波峰與波谷相遇區域中，振動相互抵消，會出現暗條紋，即在C點出現暗條紋.19/26(2)在上述楊氏干涉試驗中，若單色光波長λ＝5.89×10－7m，雙縫間距離d＝1mm，雙縫到屏距離l＝2m.求第1個亮條紋到第11個亮條紋中心間距.答案解析1.178×10－2m相鄰亮條紋中心間距Δx＝

λ由題意知，亮條紋數目n＝10解得Δx＝

，代入數據得Δx＝1.178×10－2m.20/262.用某種單色光做雙縫干涉試驗時，已知雙縫間距離d大小恰好是圖中游標卡尺讀數，如圖丁所表示；雙縫到毛玻璃屏間距離大小由圖中毫米刻度尺讀出，如圖丙所表示；試驗時先移動測量頭(如圖甲所表示)上手輪，把分劃線對準靠近最左邊一條亮條紋(如圖乙所表示)，并記下螺旋測微器讀數x1(如圖戊所表示)，然后轉動手輪，把分劃線向右移動，直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微器讀數x2(如圖己所表示)，由以上測量數據求該單色光波長.(結果保留兩位有效數字)8.0×10－7m答案解析749mm0.25mm0.300mm14.700讀數21/26依據條紋間距公式Δx＝

λ可知，波長λ＝Δx，只要依據題目提供數據就可求解，由圖丁可直接讀出d＝0.25mm＝0.00025m，雙縫到屏距離由圖丙讀出l＝749mm＝0.749m.由圖乙、戊、己可知，兩條相鄰亮條紋間距離Δx＝

＝2.400mm＝0.002400m.22/263命題點二試驗拓展創新23/26

1801年，托馬斯·楊用雙縫干涉試驗研究了光波性質，1834年，洛埃利用平面鏡一樣得到了楊氏干涉結果(稱洛埃鏡試驗).(1)洛埃鏡試驗基本裝置如圖所表示，S為單色光源，M為平面鏡，試用平面鏡成像作圖法畫出S經平面鏡反射后光與直線發出光在光屏上相交區域.【例2】看法析答案解析如圖所表示24/26(2)設光源S到平面鏡垂直距離和到光屏垂直距離分別為a和L，光波長為λ，在光屏上形成干涉條紋，寫出相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間距離Δx表示式.看法析答案解析25/263.(·全國Ⅰ·34(1))在雙縫干涉試驗中，分別用紅色和綠色激光照射同一雙縫，在雙縫后屏幕上，紅光干涉條紋間距Δx1與綠光干涉條紋間距Δx2相比，Δx1____Δx2(填“＞”“＝”或“＜”).若試驗中紅光波長為630nm