資源簡介

第四章　光
4　實驗:用雙縫干涉測量光的波長
基礎過關練
題組一　實驗原理與操作
1.圖為教材中用雙縫干涉測光的波長的裝置,則下列說法正確的是 (　　)
A.如發(fā)現(xiàn)條紋不清晰,可通過撥桿調(diào)節(jié),使單縫與雙縫平行
B.轉動手輪,直接讀出相鄰兩亮條紋間距離,再算波長
C.如把紅色濾光片換成藍色濾光片,則屏上的條紋數(shù)會變少
D.濾光片應置于單縫和雙縫之間
題組二　數(shù)據(jù)處理
2.在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中,用圖甲所示裝置測量某種色光的波長。
　　
(1)圖甲中單縫前標示的器材“A”應為　　　　。
(2)當測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條紋的中心時,手輪上的示數(shù)如圖乙所示,讀數(shù)為　　　　mm。
(3)若單縫到雙縫距離為s,雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為l,實驗中在像屏上得到的干涉圖樣如圖丙所示,測量頭上的分劃板中心刻線分別在圖中A、B位置時,手輪上的讀數(shù)分別為x1、x2,則入射的單色光波長的計算表達式為λ=　　　　　　。
3.在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中,將雙縫干涉實驗儀器按要求安裝在光具座上,如圖甲所示,選用縫間距d=0.2 mm的雙縫屏,從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離L=700 mm,然后接通電源使光源正常工作。
　
(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50個分度,某同學調(diào)整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第1次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學給各亮紋的編號,此時圖乙(b)中讀數(shù)x1=1.16 mm;接著再轉動手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時圖丙(b)中讀數(shù)x2=　　　　mm;
(2)利用上述測量結果,經(jīng)計算可得該種色光的波長λ=　　　　nm;(保留三位有效數(shù)字)
(3)若改用頻率較高的單色光照射,得到的干涉條紋間距將　　　　(選填“變大”“不變”或“變小”)。
4.用如圖甲所示的裝置來做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗。
(1)如圖甲所示,光具座放在水平桌面上,安裝光源和各光學元件應保證其中心在　　　　　　;
(2)如圖乙所示,在實驗中,某同學觀察到以下圖像,即測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,若繼續(xù)移動目鏡觀察,將會使測量結果出現(xiàn)偏差,所以需要對儀器進行調(diào)整,使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上,下面操作中可行的有　　　;
A.調(diào)節(jié)撥桿方向
B.其他不動,測量頭旋轉一定角度
C.其他不動,遮光筒(連同單縫、雙縫)旋轉一定角度
D.將遮光筒與測量頭整體旋轉一定角度
(3)實驗中,選用紅色濾光片測量紅光的波長,測得雙縫間的距離d=2 mm,雙縫與屏之間的距離L=0.80 m,通過測量頭觀察第1條亮條紋的讀數(shù)為3.645 mm,轉動手輪,使分劃板向一側移動,使分劃板的中心刻線對齊第6條亮條紋的中心,儀器示數(shù)如圖丙所示,則其讀數(shù)為　　　　　　mm,由此求得該紅光的波長為　　　　　　m(計算結果保留三位有效數(shù)字);
(4)實驗中,若用一塊薄玻璃片擋在雙縫中的一條縫S2的后面,如丁圖所示,則原來在P0處的某個條紋將　　　　　　(選填“向上移動”“向下移動”或“位置不動”)。
　
題組三　拓展創(chuàng)新實驗
5.洛埃在1834年設計了一種更簡單的觀察光的干涉現(xiàn)象的裝置——洛埃鏡。如圖所示,從單縫S發(fā)出的光,一部分入射到平面鏡后反射到光屏上,另一部分直接投射到光屏上,在光屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是S'。
(1)通過洛埃鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋,這和雙縫干涉實驗得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個縫,　　　　　　　　　相當于另一個“縫”。
(2)實驗表明,光從光疏介質射向光密介質,在界面處發(fā)生反射時,若入射角接近90°,反射光與入射光相比,相位有π的變化,即半波損失。如果把光屏移動到和平面鏡接觸,接觸點P處是　　　　　　(填“亮條紋”或“暗條紋”)。
(3)實驗中,已知單縫S到鏡面所在平面的距離為h=0.15 mm,單縫S到光屏的距離為D=1.2 m,觀測到第3條亮條紋的中心與第12條亮條紋的中心之間的距離為22.78 mm,則該單色光的波長λ=　　　　m(結果保留3位有效數(shù)字)。
答案與分層梯度式解析
第四章　光
4　實驗:用雙縫干涉測量光的波長
基礎過關練
1.A　如發(fā)現(xiàn)條紋不清晰,可通過撥桿調(diào)節(jié),使單縫與雙縫平行,選項A正確;轉動手輪,讀出多條亮條紋間的總的距離,然后求解相鄰兩條紋間距,再算波長,選項B錯誤;如把紅色濾光片換成藍色濾光片,因藍光波長較小,根據(jù)Δx=λ,可知條紋間距減小,則屏上的條紋數(shù)會變多,選項C錯誤;濾光片應置于凸透鏡和單縫之間,使復色光變成單色光,選項D錯誤。
2.答案　(1)濾光片　(2)0.820　(3)
解析　(1)根據(jù)實驗原理知,圖甲中單縫前標示的器材“A”應為濾光片。(2)讀數(shù)為0.5 mm+32.0×0.01 mm=0.820 mm。(3)由Δx=λ,Δx=,解得λ=。
3.答案　(1)15.02　(2)660　(3)變小
解析　(1)由游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知x2=(15+1×0.02) mm=15.02 mm。(2)題圖乙(a)中對齊的亮紋編號為3,題圖丙(a)中對齊的亮紋編號為9,故Δx==2.31 mm,由Δx=λ,可知λ=Δx=×2.31×10-3 m=660 nm。(3)頻率變大,波長減小,由Δx=λ,可知干涉條紋間距變小。
4.答案　(1)同一高度　(2)BC　(3)4.945　6.50×10-7　(4)向下移動
解析　(1)光具座放在水平桌面上,安裝光源和各光學元件應保證其中心在同一高度。
(2)因為有清晰的干涉圖樣,所以不用調(diào)節(jié)撥桿方向,選項A錯誤。分劃板中心刻線與干涉條紋不平行,所以應調(diào)節(jié)測量頭或調(diào)節(jié)遮光筒(連同單縫、雙縫)使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上,所以可行的操作為:其他不動,將測量頭旋轉一個較小角度;或者其他不動,將遮光筒(連同單縫、雙縫)旋轉一個較小角度,選項B、C正確,D錯誤。
(3)讀數(shù)為4.5 mm+0.01×44.5 mm=4.945 mm,條紋間距Δx==0.26 mm,根據(jù)Δx=λ得λ==6.50×10-7 m。
(4)若用一塊薄玻璃片擋在雙縫中的一條縫S2的后面,這條光路的光程增大(破題關鍵),原光程差為0的點向下移動,即中央明紋下移,相應的干涉圖樣均下移。
5.答案　(1)S經(jīng)平面鏡成的像S'　(2)暗條紋
(3)6.33×10-7
解析　(1)如果S被視為雙縫中的一個縫,S經(jīng)平面鏡成的像S'相當于另一個“縫”。
(2)如果把光屏移動到和平面鏡接觸,入射角接近90°,反射光與入射光相比相位有π的變化,即半波損失,所以接觸點P處是暗條紋。
(3)第3條亮條紋中心到第12條亮條紋中心的距離為22.78 mm,則相鄰兩條亮條紋間距
Δx= m=2.53×10-3 m
等效雙縫間的距離d=2h=0.30 mm=3.0×10-4 m,根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=λ,得λ== m=6.33×10-7 m。
7(共7張PPT)
必備知識 清單破
4 實驗：用雙縫干涉測量光的波長
知識點 1
實驗思路
1.實驗裝置如圖所示。
2.光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片(裝在單縫前)成為單色光,把單縫照亮。單縫相當于一個線
光源,它又把雙縫照亮。雙縫的作用是獲得相干光源。放置時應使單縫與雙縫相互平行,其
中心大致位于遮光筒的軸線上。
3.來自雙縫的光在雙縫右邊的空間發(fā)生干涉。遮光筒的一端裝有毛玻璃屏,在這個屏上觀察
干涉條紋。
4.根據(jù)雙縫干涉中干涉條紋的間距和光的波長之間的關系,即Δx= λ,可以得到光的波長λ= Δx。
1.雙縫間距離d為已知量。
2.l的測量:雙縫到屏的距離l可以用刻度尺測出。
3.Δx的測量:相鄰兩條亮條紋間的距離Δx需用測量頭測出。
知識點 2
物理量的測量
知識辨析
1.在雙縫干涉實驗中,雙縫的作用是使白光變成單色光嗎
2.在雙縫干涉實驗中,用白光作為光源,單縫前不加濾光片,屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋嗎
3.用測量頭測出n條亮條紋中心間的距離為a,則相鄰兩條亮條紋中心間的距離是 嗎
4.在雙縫干涉實驗中,條紋間距與雙縫間距有關嗎 與單縫和雙縫間距離有關嗎
一語破的
1.不是。在雙縫干涉實驗中,雙縫的作用是獲得兩列相干光波。
2.不是。用白光作為光源,單縫前不加濾光片,屏上將呈現(xiàn)彩色條紋。
3.不是。n條亮條紋之間有n-1個間隔,所以相鄰兩條亮條紋中心間的距離是Δx= 。
4.在雙縫干涉實驗中,雙縫間距越大,條紋間距越小;條紋間距跟單縫與雙縫間距離無關。
1.測量頭的構造及使用
如圖甲所示,測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成。轉動手輪,分劃板會左右移動。測量時,
應使分劃板的中心刻線對齊亮條紋的中心,如圖乙,記下此時手輪上的讀數(shù)。然后轉動手輪,
使分劃板中心刻線移至另一相鄰亮條紋中央,記下此時手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差表示這
兩條亮條紋間的距離。
關鍵能力 定點破
定點
實驗裝置、操作及注意事項
為減小測量誤差,可測出n條亮條紋間的距離a,則相鄰兩條亮條紋中心間距Δx= 。
2.實驗注意事項
(1)放置單縫和雙縫時,必須使兩者相互平行。
(2)要保持光源、濾光片、單縫、雙縫和屏的中心位于遮光筒的軸線上。
(3)分劃板的中心刻線要對齊亮(或暗)條紋的中心。
(4)先測出多條亮條紋(或暗條紋)中心間的距離,再求相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間的距離Δx。
(5)調(diào)節(jié)的基本依據(jù):照在屏上的光很弱,主要是光源、單縫、雙縫、測量頭的中心與遮光筒
不共軸所致;干涉條紋不清晰一般是單縫與雙縫不平行所致;當分劃板的中心刻線與干涉條
紋不平行時,需調(diào)節(jié)測量頭。

展開更多......

收起↑