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高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗十五 用雙縫干涉測量光的波長教學(xué)案

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1、 實驗十五 用雙縫干涉測量光的波長 1.了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件. 2.觀察白光和單色光的雙縫干涉圖樣. 3.測定單色光的波長. 一、實驗器材 雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成),另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺. 1.相鄰兩條亮條紋的間距Δx與入射光波長λ,雙縫S1、S2的間距d及雙縫與屏的距離l滿足的關(guān)系式為Δx=λ. 2.測量頭的構(gòu)造及使用 如圖甲所示,測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,分劃板會向左右移動,測量時,應(yīng)使分劃板中心刻度對齊條紋的中心,如圖乙,記下此時手輪上的讀數(shù).    甲     

2、      乙 兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離. 實際測量時,要測出n條亮紋(暗紋)的寬度,設(shè)為a,那么Δx=. 二、實驗步驟 1.觀察干涉條紋 (1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如圖所示. (2)接好光源,打開開關(guān),使燈絲正常發(fā)光. (3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏. (4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫的縫平行,二者間距約5~10 cm,這時,可觀察白光的干涉條紋. (5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋. 2.測定單色光的波長 (1)安裝測量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋.

3、(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)a1,將該條紋記為第1條亮紋;轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央,記下此時手輪上的讀數(shù)a2,將該條紋記為第n條亮紋. (3)用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的). (4)重復(fù)測量. 三、數(shù)據(jù)處理 (1)條紋間距Δx=. (2)波長λ=Δx. (3)計算多組數(shù)據(jù),求λ的平均值. 四、注意事項 (1)雙縫干涉儀是比較精密的儀器,應(yīng)輕拿輕放,且注意保養(yǎng). (2)安裝時,注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上,并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng). (3)光源燈絲最好為線狀燈絲,并與單

4、縫平行且靠近. (4)照在光屏上的光很弱,主要原因是燈絲與單縫、雙縫,測量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行所致,故應(yīng)正確調(diào)節(jié). 五、誤差分析 (1)雙縫到屏的距離l的測量存在誤差. (2)測條紋間距Δx帶來的誤差. ①干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度; ②誤認(rèn)為Δx為亮(暗)條紋的寬度; ③分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心; ④測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準(zhǔn)確,此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清. 高頻考點一 實驗原理及操作 例1.在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中: (1)將激光束照在如圖2乙所示的雙縫上,在光屏

5、上觀察到的現(xiàn)象是圖甲中的_______. 圖2 (2)換用間隙更小的雙縫,保持雙縫到光屏的距離不變,在光屏上觀察到的條紋寬度將________;保持雙縫間隙不變,減小光屏到雙縫的距離,在光屏上觀察到的條紋寬度將________(以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”). 答案 (1)A (2)變寬 變窄 【變式探究】現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在如圖3所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長. 圖3 (1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左到右,表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、__

6、______、________、________、A. (2)本實驗的步驟有: ①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮; ②按合理的順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上; ③用刻度尺測量雙縫到屏的距離; ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離. 在操作步驟②時還應(yīng)注意________________、________________和______________. 答案 (1)E D B (2)放置單縫、雙縫時,必須使縫平行 單縫、雙縫間的距離要適當(dāng) 要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一

7、軸線上 高頻考點二 儀器讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理 例2.在雙縫干涉實驗中,分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫,在雙縫后的屏幕上,紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比,Δx1____Δx2(填“>”“=”或“<”).若實驗中紅光的波長為630 nm,雙縫與屏幕的距離為1.00 m,測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm,則雙縫之間的距離為________ mm. 答案?。尽?.3 解析 雙縫干涉條紋間距Δx=λ,紅光波長長,所以紅光的雙縫干涉條紋間距較大,即Δx1>Δx2.相鄰條紋間距Δx==2.1 mm=2.110-3 m,根據(jù)Δx=λ可得d==0.3 mm.

8、 【變式探究】用某種單色光做雙縫干涉實驗時,已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù),如圖4丁所示;雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺讀出,如圖丙所示;實驗時先移動測量頭(如圖甲所示)上的手輪,把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示),并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1(如圖戊所示),然后轉(zhuǎn)動手輪,把分劃線向右移動,直到對準(zhǔn)第7條亮條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)x2(如圖己所示),由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖4 答案 8.010-7 m 【變式探究】(1)(多選)如圖5所示是用雙縫干涉測光波波長的實驗設(shè)備示意圖,圖中①是光

9、源、②是濾光片、③是單縫、④是雙縫、⑤是光屏.下列操作能增大光屏上相鄰兩亮條紋之間距離的是(  ) 圖5 A.增大③和④之間的距離 B.增大④和⑤之間的距離 C.將綠色濾光片改成紅色濾光片 D.增大雙縫之間的距離 (2)如果將燈泡換成激光光源,該實驗照樣可以完成,這時可以去掉的部件是________(填數(shù)字代號). (3)轉(zhuǎn)動測量頭的手輪,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第1條亮條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖6甲所示.繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第10條亮條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖乙所示.則相鄰兩亮條紋的間距是________mm(結(jié)果保留三位有效數(shù)字). 圖6 (4)在(3)前提

10、下,如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.30 mm,雙縫和光屏之間的距離是900 mm,則待測光的波長是________m.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案 (1)BC (2)②③ (3)1.610 (4)5.3710-7 【2016江蘇卷】【選修34】 (3)在上述楊氏干涉實驗中,若單色光的波長λ=5.8910-7 m,雙縫間的距離d=1 mm,雙縫到屏的距離l=2 m.求第1個亮條紋到第11個亮條紋的中心間距. (3)【答案】1.17810-2 m 【解析】相鄰亮條紋的中心間距Δx=λ 由題意知,亮條紋的數(shù)目n=10 則L=,代入數(shù)據(jù)得L=1.7810-2 m. 【2015

11、全國新課標(biāo)Ⅰ34(1)】13.在雙縫干涉實驗中,分布用紅色和綠色的激光照射同一雙縫,在雙縫后的屏幕上,紅光的干涉條紋間距與綠光的干涉條紋間距相比(填“>”“<”或“=”)。若實驗中紅光的波長為,雙縫到屏幕的距離為,測得第一條到第6條亮條紋中心間的距離為,則雙縫之間的距離為。 【答案】> 1、現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在如圖5甲所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長. 甲 圖5 (1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表示各光學(xué)元件的字母排列最佳順序應(yīng)為C、________

12、、A. (2)本實驗的步驟有: ①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮; ②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上; ③用米尺測量雙縫到屏的距離; ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離. 在操作步驟②時還應(yīng)注意________和________. (3)將測量頭的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,此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示.然后同方向轉(zhuǎn)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的示數(shù)為______mm,求得相鄰亮條紋的間距Δx為_____

13、_mm. (4)已知雙縫間距d為2.010-4m,測得雙縫到屏的距離l為0.700m,由計算式λ=________,求得所測紅光波長為________nm. 答案 (1)E、D、B (2)見解析 (3)13.870 2.310 (4)Δx 6.6102 2.(1)楊氏干涉實驗證明光的確是一種波,一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上,兩狹縫就成了兩個光源,它們發(fā)出的光波滿足干涉的必要條件,即兩列光的________相同.如圖6所示,在這兩列光波相遇的區(qū)域中,實線表示波峰,虛線表示波谷,如果放置光屏,在____(選填“A”“B”或“C”)點會出現(xiàn)暗條紋. 圖6 (2)在上述楊氏干

14、涉實驗中,若單色光的波長λ=5.8910-7m,雙縫間的距離d=1mm,雙縫到屏的距離l=2m.求第1個亮條紋到第11個亮條紋的中心間距. 答案 (1)頻率 C (2)1.17810-2m 解析 (1)從兩狹縫發(fā)出的光,它們的頻率相同,是干涉光,在波峰與波谷相遇的區(qū)域中,振動相互抵消,會出現(xiàn)暗條紋,即在C點出現(xiàn)暗條紋. (2)相鄰亮條紋的中心間距Δx=λ 由題意知,亮條紋的數(shù)目n=10 解得Δx=,代入數(shù)據(jù)得Δx=1.17810-2 m. 3.用某種單色光做雙縫干涉實驗時,已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù),如圖7丁所示;雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺

15、讀出,如圖丙所示;實驗時先移動測量頭(如圖甲所示)上的手輪,把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示),并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1(如圖戊所示),然后轉(zhuǎn)動手輪,把分劃線向右移動,直到對準(zhǔn)第7條亮條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)x2(如圖己所示),由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖7 答案 8.010-7m 4、1801年,托馬斯楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì),1834年,洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗). (1)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖8所示,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(jīng)平面鏡反射后的光與直線發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域. 圖8 (2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L,光的波長為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的表達(dá)式. 答案 見解析 解析 (1)如圖所示 (2)Δx=λ,因為d=2a,故Δx=λ. 我國經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入新常態(tài),需要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式,改變粗放式增長模式,不斷優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu),實現(xiàn)經(jīng)濟健康可持續(xù)發(fā)展進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展,推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化,推動城鄉(xiāng)發(fā)展一體化因:我國經(jīng)濟發(fā)展還面臨區(qū)域發(fā)展不平衡、城鎮(zhèn)化水平不高、城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡不協(xié)調(diào)等現(xiàn)實挑戰(zhàn)。

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