1、实验十六 用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头),第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论,内容索引,过好双基关,命题点一 教材原型实验,命题点二 实验拓展创新,1,过好双基关,1.实验原理 如图所示，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x与入射光波长，双缝 S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系 式为：x_，因此，只要测出x、d、l即可 测出波长.,两条相邻亮(暗)条纹间的距离x用测量头测出.测量头由
2、分划板、目镜、手轮等构成.如图所示.,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 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.,接好光源，打开开关，使灯丝正常发光. 调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿 到达光屏. 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510 cm. 在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.,遮光筒轴线,(2)测定单色光的波长 安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹. 使分划板中心刻线对齐某条亮条
3、纹的中央，如图 所示，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条亮条纹间的距离a，则 相邻两亮条纹间距x_. 用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的). 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x_. (2)根据条纹间距与波长的关系x_得_，其中d为双缝间 距，l为双缝到光屏的距离. (3)测量时需测量多组数据，求的平均值.,2.注意事项 (1)调节双缝
4、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 ，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，记清此时手轮上的读数，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.,平行,(4)不要直接测x，要测多条亮条纹的间距再计算得到x，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x带来的误差： 干涉条纹没有调整到最清晰的
5、程度. 误认为x为亮条纹的宽度. 分划板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. 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.,2,命题点一 教材原型实验,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，要把它们放在如图甲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.,【例1】,甲,答案,解析,(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最佳顺序应为C、_、A.,E、D、B,滤光片,单缝,双缝,(2)本实验的步骤有： 取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮
6、 按合理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； 用米尺测量双缝到屏的距离； 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. 在操作步骤时还应注意_和_.,答案,解析,单缝和双缝间距为510 cm，使单缝与双缝相互平行.,见解析,(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示.然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为_ mm，求得相邻亮条纹的间距x为_ mm.,答案,解析,螺旋测微器固定刻度读数为13.5 mm，可动刻度读数为37.00.01 m
7、m.二者相加为13.870 mm，图乙中的读数为2.320 mm，所以x2.310 mm.,2.310,13.870,3,37,13,0.5,37,(4)已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式_，求得所测红光波长为_ nm.,答案,解析,6.6102,代入数据得6.6102 nm.,高考对本实验的考查主要集中在以下两点：一是干涉图样或条纹间距变化的分析，二是干涉光波波长或双缝间距的计算等.以上两点都围绕条纹间距公式x 的应用命题.同时，由于x的测量需要用到螺旋测微器或游标卡尺，所以读数时要科学、准确.,1. (1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单
8、色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，即两列光的_相同.如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在_(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹.,答案,解析,C,频率,从两狭缝发出的光，它们的频率相同，是干涉光，在波峰与波谷相遇的区域中，振动相互抵消，会出现暗条纹，即在C点出现暗条纹.,(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.89107 m，双缝间的距离d1 mm，双缝到屏的距离l2 m.求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距.,答案,解析,1.178102 m,相邻亮条纹的中心间距x 由题意知，亮
9、条纹的数目n10 解得x ，代入数据得x1.178102 m.,2.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；双缝到毛玻璃屏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(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，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.(结果保留两位有效数字),8.0107 m,答案,解析,749 mm,0.25 mm,0.300mm,14.700,
10、读数,根据条纹间距公式x 可知，波长 x，只要根据题目提供的数 据就可求解，由图丁可直接读出d0.25 mm0.000 25 m，双缝到屏的 距离由图丙读出l749 mm0.749 m.由图乙、戊、己可知，两条相邻亮 条纹间的距离x 2.400 mm0.002 400 m.,3,命题点二 实验拓展创新,1801年，托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验). (1)洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源，M为平面镜，试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域.,【例2】,见解析,答案,解析,如
11、图所示,(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为，在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离x的表达式.,见解析,答案,解析,3.(2015全国34(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x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”“”或“”).若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为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_ mm.,答案,解析,0.3,双缝干涉条纹间距x ，红光波长长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即x1x2.相邻条纹间距x 2.1 mm2.1103 m，根据,
