第4節(jié)實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)

第4節(jié)實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)課標(biāo)課標(biāo)要求素養(yǎng)要求光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理2.會(huì)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)解讀1.掌握用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理2.會(huì)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)雙縫干涉圖樣的認(rèn)識(shí)和理解。2.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)工具在物理量光的波長(zhǎng)。發(fā)展過程中的作用。自主學(xué)習(xí)?必備知識(shí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量光的波長(zhǎng)。.學(xué)習(xí)測(cè)量微小距高的方法。二、實(shí)驗(yàn)器材光具座、雙縫干涉儀（由光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測(cè)量頭組成）、學(xué)生電源。三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì).測(cè)量原理由公式=-,分別測(cè)量、和，可求得光波波長(zhǎng)。.條紋間距的測(cè)定如圖甲所示，測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，測(cè)量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，讓分劃板中心刻線與干涉條紋平行，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板向左（向右）移動(dòng)至分劃板的中心刻線與條紋的中心對(duì)齊，如圖乙所示記下此時(shí)讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，用同樣的方法測(cè)出個(gè)亮紋間的距離，可求出相鄰兩亮紋間的距離=—；O四、實(shí)驗(yàn)步驟L如圖甲所示，在光具座上把各光學(xué)元件安裝好。從遮光筒上取卜雙縫，打開電源，調(diào)節(jié)光源的高度，直到光束能沿遮光筒的軸線射到毛玻璃屏的中心，放上單縫和雙縫，使它們的距離為5?10,并保持縫相互平行。甲.觀察光屏上的白光干涉條紋的特點(diǎn)。給光源加上不同的濾光片，看條紋的色彩、間距發(fā)生了什么變化，相鄰亮條紋（或暗條紋）的間距是否相等。.記下雙縫間的距離和雙縫到光屏的距離.轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，先使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)某條亮條紋中心，如圖乙所示，記下此時(shí)的讀數(shù)。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移過條條紋，對(duì)齊另一亮條紋中心，再記下此時(shí)的讀數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一次測(cè)量中不要反向旋轉(zhuǎn)。乙.把測(cè)最結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)表格中，算出兩次讀數(shù)之差，并求出相鄰亮條紋（或暗條紋）的平均間距。求出光的波長(zhǎng)。五、注意事項(xiàng).單縫、雙縫應(yīng)相互平行，其中心大致位于遮光筒的軸線上，雙縫到單縫距離應(yīng)相等。.測(cè)雙縫到屏的距離可用刻度尺測(cè)多次取平均值。.測(cè)條紋間距時(shí)，用測(cè)量頭測(cè)出條亮（暗）紋間的距離，求出相鄰的兩條亮（暗）紋間的距離=—：o一J六、誤差分析本實(shí)驗(yàn)為測(cè)量性實(shí)驗(yàn)，因此應(yīng)盡一切辦法減少有關(guān)測(cè)量的誤差。.雙縫到屏的距離的測(cè)量誤差因本實(shí)驗(yàn)中雙縫到屏的距離非常長(zhǎng)，的測(cè)量誤差不太大，但也應(yīng)選用亳米刻度尺測(cè)量，并用多次測(cè)量求平均值的辦法減小相對(duì)誤差。.測(cè)條紋間距帶來的誤差（1）干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度。（2）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。（3）測(cè)最多條亮條紋間距時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確?；?dòng)探究?關(guān)鍵能力探究點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)器材例如圖，在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃屏。（1）②、③、④三個(gè)光學(xué)元件依次為（填正確答案的標(biāo)號(hào)）；A.濾光片、單縫、雙健B.單縫、濾光片、雙縫C.單縫、雙縫、濾光片D.濾光片、雙縫、單縫（2）如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅光濾光片換為綠光濾光片，則相鄰亮條紋（暗條紋）間的距離（填“變大”或“變小”）。答案：（1）（2）變小解析：（1）為獲取單色線光源，白色光源后面要有濾光片、單縫、雙縫，故正確。（2）根據(jù)=-,當(dāng)將紅光濾光片換為綠光濾光片時(shí)，波長(zhǎng)減小，則相鄰亮條紋（暗條紋）間的距離變小。易錯(cuò)提醒本實(shí)驗(yàn)中的器材排序是一個(gè)考查的重點(diǎn)，光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、屏，在光具座上可從左向右排，也可以從右向左排，但任何兩個(gè)元件之間的排序不能顛倒，尤其是濾光片和單縫之間，要注意這一點(diǎn)。遷移應(yīng)用1.（多選）某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于（）A.光束的中央軸線與遮光筒不一致，相差較大B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度C.單縫與雙縫不平行）.光源發(fā)出的光太強(qiáng)答案：1.；解析：安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要注意：光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合，光源與光屏正面相對(duì)，濾光片、單縫和雙縫要在同?高度，中心位置在遮光筒的軸線上，單縫與雙縫要互相平行才能使實(shí)驗(yàn)成功。.在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，用如圖所示裝置測(cè)審紅光的波長(zhǎng)：（1）圖中標(biāo)示的器材“〃應(yīng)為。（2）下列操作正確的是。A.先調(diào)節(jié)光源高度，觀察到光束沿遮光筒的軸線傳播后再裝上測(cè)量頭B.接通電源前把輸出電壓調(diào)到小燈泡額定的電壓C.觀察到條紋比較模糊，可以調(diào)節(jié)撥桿進(jìn)行調(diào)整D.測(cè)量條紋間距時(shí)，目鏡分劃板中心刻度線與亮紋邊緣重合（3）下列圖示中條紋間距表示正確的是。答案：2.（1）紅色濾色片（寫濾光片也對(duì)）（2）;;（3）解析：（1）題圖中標(biāo)示的器材"“應(yīng)為紅色濾色片。

（2）根據(jù)“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)操作步驟可知，安裝器材的過程中，先調(diào)節(jié)光源高度，觀察到光束沿遮光筒的軸線傳播后再安裝單縫、雙縫以及裝上測(cè)量頭，故正確：若要小燈泡正常發(fā)光，則接通電源前把輸出電壓調(diào)到小燈泡的額定電壓，故正確：觀察到條紋比較模糊，可能是單縫與雙縫不平行，可以調(diào)節(jié)撥桿進(jìn)行調(diào)整，故正確；測(cè)量條紋間距時(shí)，目鏡分劃板中心刻度線與亮紋的中心重合，故錯(cuò)誤。（3）干涉條紋的間距為兩個(gè)相鄰的亮條紋（或暗條紋）的中心之間的距離，故圖是正確的，圖、、錯(cuò)誤。探究點(diǎn)二儀器使用與數(shù)據(jù)處理例如圖甲所示是利用雙縫干涉測(cè)量某單色光波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)得雙縫到毛玻璃屏的距離為〃2、雙縫間的距離為。”,圖乙是通過該儀器的觀測(cè)裝置看到的毛玻璃屏上的干涉圖樣，其中1、2、3、4、5…是亮條紋的編號(hào)，圖丙、圖丁是利用該儀器測(cè)光的波長(zhǎng)時(shí)觀察到的情景，圖丙是測(cè)第1號(hào)亮條紋的位置,此時(shí)觀測(cè)裝置上千分尺的讀數(shù)為，圖丁是測(cè)第4號(hào)亮條紋的位置，此時(shí)觀測(cè)裝置上千分尺的讀數(shù)為。根據(jù)上面測(cè)出的數(shù)據(jù)可知，相鄰兩條亮條紋間的距離=,計(jì)算波長(zhǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式=,被測(cè)光的波長(zhǎng)為。答案：0.510;1.485;0.325;——;650解析：題圖丙是測(cè)第1號(hào)鳧條紋的位置，此時(shí)千分尺的讀數(shù)為〃5+0.01X1.0=0.510題圖丁是測(cè)第4號(hào)亮條紋的位置，此時(shí)千分尺的讀數(shù)為1+0.01x48.5=1.485相鄰兩條亮條紋間的距離1.485-0.5101.485-0.51031.485-0.5103=0.3251.485-0.5103=0.325關(guān)鍵點(diǎn)撥本實(shí)驗(yàn)中處理數(shù)據(jù)時(shí)有三個(gè)關(guān)鍵：一是正確讀取測(cè)量頭的示數(shù)；二是明確=「中各一/個(gè)字母的含義，特別注意要與具體的條紋結(jié)合起來進(jìn)行判斷；三是注意單位換算和有效數(shù)字的保留.遷移應(yīng)用1.用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間距離=0.20,雙縫到毛玻璃屏間的距離為=75.0,如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)如圖乙所示的測(cè)量頭上的手輪，使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線對(duì)準(zhǔn)如圖丙所示的第1條亮條紋，此時(shí)游標(biāo)卡尺的主尺和游標(biāo)尺的位置如圖戊所示，則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)/二,然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線向右邊移動(dòng)，直到對(duì)準(zhǔn)第5條亮條紋，如圖丁所示，此時(shí)卡尺的主尺和游標(biāo)尺的位置如圖己所示，則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)2=，由以上已知數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，求得該單色光的波長(zhǎng)約為（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。答案：1.0.3;9.5;6/x1（T4TOC\o"1-5"\h\z解析：由游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則讀出1=0.3,2=9.5=2-2.3

一I2.3x0.204="6/x”2.在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖所示，雙縫間的距離=3。（1）若測(cè)定紅光的波長(zhǎng)，應(yīng)選用色的濾光片。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)定的物理量有：和。（2）若測(cè)得雙縫與屏之間距離為〃70,通過測(cè)量頭（與螺旋測(cè)微器原理相似，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，分劃板前進(jìn)或后退〃500）觀察到第1條亮條紋的位置如圖所示，觀察到第5條亮條紋的位置如圖b所示。則可求出紅光的波長(zhǎng)=。（保留一位有效數(shù)字）答案：2.（1）紅；雙縫到屏的距離；條亮（或暗）紋間距離（2）7x10~7解析：（1）測(cè)定紅