高考物理一轮复习教案第十二章实验十五用双缝干涉测量光的波长.doc

实验十五　用双缝干涉测量光的波长 考纲解读 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． 基本实验要求 规律方法总结 1．实验原理 如实验原理图甲所示，光源发出的光，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，相邻两条亮(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：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ. 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．如实验原理图乙所示． 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 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条亮条纹；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条亮条纹，测出n个亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝. 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． 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条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝. (2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx，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． (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．  考点一　对实验原理与操作的考查 例1　(1)如图1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． 图1 (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，手轮的读数如图2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，手轮的读数如图乙所示．则相邻两亮条纹的间距是________ mm. 图2 (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(取三位有效数字)． 解析　(1)由实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝． 由Δx＝λ可知，要增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取的办法有： ①增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)； ②减小双缝之间的距离． (2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③. (3)甲图读数是0.045 mm，乙图读数是14.535 mm，它们的差值是14.490 mm，中间跨越了10－1＝9个亮条纹间距，所以相邻两亮条纹间距是Δx＝ mm＝1.610 mm. (4)光的波长：λ＝＝5.37×10－7 m. 答案　(1)滤光片　单缝　双缝　增加双缝