實驗十五用雙縫干涉實驗測光的波長

實驗十五：用雙縫干涉實驗測光的波長一、實驗原理若已知相鄰明紋(或暗紋)之間的距離Δx與波長λ、雙縫間距d、雙縫到屏的距離L，則它們之間的關(guān)系為Δx＝eq\f(L,d)λ。若測出雙縫干涉中的Δx、d與L，即可求出λ＝eq\f(Δxd,L)。二、實驗器材雙縫干涉儀，即光具座、光源、濾光片、透鏡、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭，另外，還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺等。三、實驗步驟1.將光源、透鏡、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，使光源燈絲發(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，兩者間距5～10cm，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。四、數(shù)據(jù)處理1.安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。2.使分劃板中心刻線對齊某條明條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條明條紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一明條紋的中心，記下此時手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條明條紋，兩條紋間距為a＝|a2－a1|，則相鄰兩條明條紋間的距離Δx＝eq\f(|a2－a1|,n－1)＝eq\f(a,n－1)。L(d是已知的)。λ＝eq\f(da,（n－1）L)算出單色光的波長。五、誤差分析1.光波的波長很小，Δx、L的測量誤差對波長λ的影響很大。L時，一般用毫米刻度尺；而測Δx時，用千分尺且采用“累積法”。3.多次測量求平均值。六、注意事項1.雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒、測量頭等元件。2.濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦去。3.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、雙縫平行且豎直，間距大約為5～10cm。4.測量頭在使用時應(yīng)使中心刻線對應(yīng)著亮(暗)條紋的中心?！纠?】“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將實驗儀器按要求安裝在光具座上，并選用縫間距的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離。然后，接通電源使光源正常工作。（1）“用雙縫干涉測量光的波長”實驗裝置如圖1所示。光具座上a、b、c處放置的光學(xué)元件依次為（選填選項前字母）。A．濾光片雙縫單縫

B．濾光片單縫雙縫C．單縫濾光片雙縫

D．雙縫濾光片單縫（2）某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖2所示，分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖2中所示，則①分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為mm，在B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為mm，相鄰兩條紋間距mm；②該單色光的波長m（保留兩位有效數(shù)字）【答案】B11.115.60.756.0×107【詳解】（1）[1]器材從左到右的安裝順序為光源、凸透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、像屏。故選B。（2）①[2]分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為[3]在B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為[4]相鄰兩條紋間距②[5]根據(jù)可得代入數(shù)據(jù)可得【例2】如圖甲所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將實驗儀器按要求安裝在光具座上，并選用縫間距的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離。然后，接通電源使光源正常工作。（1）已知測量頭上主尺的最小刻度是毫米，副尺游標(biāo)尺為20分度，某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，使分劃板中心刻度線與某條紋A中心對齊，如圖乙所示，此時測量頭上主尺和副尺的示數(shù)如圖丙所示，此示數(shù)為mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻度線與某條紋B中心對齊，測得A、B條紋間的距離。則經(jīng)濾光片射向雙縫的色光的波長（用題目中所給字母寫出表達(dá)式），利用上述測量結(jié)果，經(jīng)計算可得波長m（保留兩位有效數(shù)字）。（2）另一同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后，觀察到光的干涉現(xiàn)象效果很好，若他對實驗裝置進(jìn)行了調(diào)整后，在像屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加，則該調(diào)整可能是A．僅增加光源與濾光片間的距離B．僅增加單縫與雙縫間的距離C．僅將單縫與雙縫的位置互換D．僅將紅色濾光片換成綠色濾光片【答案】D【詳解】（1）[1]圖丙中游標(biāo)卡尺的最小分度值為0.05mm，主尺示數(shù)為0，游標(biāo)尺的第7刻度線與主尺刻度線對齊，則示數(shù)為[2][3]A、B條紋間的距離為5倍相鄰亮（暗）條紋間的距離，故根據(jù)相鄰亮（暗）條紋間的間距公式有解得代入數(shù)據(jù)可得（2）[4]該同學(xué)對實驗裝置調(diào)節(jié)后，在像屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加，可知相鄰條紋間的寬度減小，由公式可知，該調(diào)節(jié)可能是更換波長更短的光做實驗，即將紅色濾光片換成綠色濾光片，其他調(diào)節(jié)都達(dá)不到該實驗效果。故選D。1．如圖甲所示是用“雙縫干涉測量光的波長”實驗裝置圖。（1）已知單縫與雙縫間的距離，雙縫與屏間的距離，雙縫間距。用測量頭來測量亮紋中心間的距離，測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板左右移動，讓分劃板的中心刻度線對準(zhǔn)第1條亮紋的中心（如圖乙所示），此時手輪的讀數(shù)如圖丙所示，是mm，轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻度線對準(zhǔn)第4條亮紋的中心，此時手輪的讀數(shù)如圖丁所示。則該被測光的波長為m（保留兩位有效數(shù)字）。（2）圖戊為上述實驗裝置的簡化示意圖。S為單縫，S1，S2為雙縫，屏上會出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。若實驗時單縫偏離光軸，向下微微移動，則可以觀察到。A．干涉條紋消失B．仍能看到干涉條紋，且條紋整體向上平移C．仍能看到干涉條紋，且條紋整體向下平移【答案】2.190B【詳解】（1）[1][2]對準(zhǔn)第1條亮紋中心時手輪的讀數(shù)為對準(zhǔn)第4條亮紋中心時手輪的讀數(shù)為相鄰兩亮條紋的間距為根據(jù)得波長為（2）[3]A．實驗時單縫偏離光軸，向下微微移動，通過雙縫S1、S2的光仍是相干光，仍可產(chǎn)生干涉條紋，A錯誤；BC．對于中央亮紋來說，從單縫S經(jīng)過S1、S2到中央亮紋的路程差仍等于0那么則中央亮紋O的位置略向向上移動，故B正確，C錯誤。故選B。2．圖甲為用雙縫干涉裝置測量紫光的波長的實驗。（1）按照實驗裝置，轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第1條亮紋，手輪的示數(shù)如圖乙所示。繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第11條亮紋，手輪的示數(shù)如圖丙所示，則相鄰條紋的間距為mm(保留三位有效數(shù)字).（2）如果已經(jīng)測得雙縫的間距是0.30mm，雙縫和光屏之間的距離為900mm，則待測光的波長為m(保留三位有效數(shù)字)。（3）若將裝置浸入某種絕緣液體中，則。A．干涉條紋消失

B．干涉條紋的間距變大

C．干涉條紋的間距不變

D．干涉條紋的間距變小【答案】1.25D【詳解】（1）[1]圖乙螺旋測微器的讀數(shù)為圖丙螺旋測微器讀數(shù)為12.5mm+0.01×5.0mm=12.550mm.所以條紋的間距為（2）[2]根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式解得（3）[3]若將裝置浸入某種絕緣液體中，則根據(jù)，可知光的波長變小，再根據(jù)可知干涉條紋的間距變小。故選D。3．某同學(xué)利用如圖所示的裝置測量某種單色光的波長。實驗時，光源正常發(fā)光，調(diào)整儀器從目鏡中可以觀察到干涉條紋。①將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖甲所示；然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時如圖乙所示的手輪上的示數(shù)為mm；②若相鄰亮紋的間距為，雙縫與屏的距離為，雙縫間距為，則求得光的波長m。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）【答案】13.870【詳解】（1）①[1]螺旋測微器的最小分度值為0.01mm，圖甲所示的手輪上的示數(shù)為圖乙所示的手輪上的示數(shù)為②[2]條紋間距為根據(jù)條紋間距公式可得4．某同學(xué)利用如圖1所示裝置測量某種單色光波長。實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：（1）關(guān)于本實驗下列說法正確的是；A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫、雙縫與遮光筒不共軸所致B．A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在A和B之間C．A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在凸透鏡和A之間D．若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，可以換用間距更小的雙縫（2）某次測量時，選用的雙縫的間距為0.4mm，測得屏與雙縫間的距離為0.5m，用某種單色光實驗得到的干涉條紋如圖2所示，分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)也如圖2中所示，則A位置對應(yīng)的讀數(shù)為mm。B位置對應(yīng)的讀數(shù)為15.6mm，則所測單色光的波長約為nm（結(jié)果保留整數(shù)部分）；（3）若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，如圖3所示，在這種情況測量相鄰條紋間距，則波長的測量值（填“大于”“小于”或“等于”）實際值。【答案】AC/CA10.9624大于【詳解】（1）[1]A．該實驗中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因為光源、單縫，雙縫與逃光筒不共軸所致，故A正確；BC．為獲取兩個單色線光源，A處應(yīng)為單縫、B處應(yīng)為雙縫，濾光片在凸透鏡和A之間，故B錯誤，C正確；D．若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，則條紋間距將減小，根據(jù)相鄰亮條紋間的距離為可知，應(yīng)使用間距更大的雙縫；而d減小，會使條紋間距變大，故D錯誤。故選AC。（2）[2]該游標(biāo)卡尺的精度為，則在A位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為[3]相鄰條紋間距由可得所測單色光的波長為（3）[4]若某次實驗觀察到的干涉條紋與分劃板的中心刻線不平行，在這種情況測量相鄰條紋間距時，將導(dǎo)致測量值大于實際值，由可知，的測量值也將大于實際值。5．如圖甲所示為“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗（1）甲圖中A、B處分別應(yīng)該安裝的器材及濾光片的位置是。A．A處安裝單縫，B處安裝雙縫，濾光片置于AB之間B．A處安裝雙縫，B處安裝單縫，濾光片置于A與凸透鏡之間C．A處安裝單縫，B處安裝雙縫，濾光片置于A與凸透鏡之間D．A處安裝雙縫，B處安裝單縫，濾光片置于目鏡處（2）該同學(xué)按順序安裝好儀器，并調(diào)整好光路后，得到了如圖乙所示的干涉條紋（圖中陰影部分為亮紋），發(fā)現(xiàn)叉絲豎線與條紋不平行，若此時他旋轉(zhuǎn)測量頭上的旋鈕，會發(fā)現(xiàn)。A．條紋左右移動B．條紋沿EF移動C．叉絲豎線沿EF移動D．叉絲豎線左右移動（3）如圖甲中，，該同學(xué)不知道雙縫間距是多少，他查閱說明書，發(fā)現(xiàn)雙縫間距有兩種規(guī)格，分別是，和，調(diào)整裝置使叉絲豎線與條紋平行后，叉絲中心線對準(zhǔn)某條亮紋中心（記為第0條）時讀數(shù)如圖丙所示，其讀數(shù)為mm，旋轉(zhuǎn)測量頭旋鈕，第4條亮紋中心與又絲中心線對準(zhǔn)時讀數(shù)如圖丁所示，則被測光的波長約為nm（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）【答案】CB7.40626【詳解】（1）[1]用雙縫干涉測量光的波長，實驗儀器從左到右是光源、凸透鏡、濾光片、單縫、雙縫、光屏。故選C。（2）[2]旋轉(zhuǎn)測量頭上的旋鈕，可以使條紋沿EF移動。故選B。（3）[3]圖丙讀數(shù)為7mm+8[4]圖丁讀數(shù)為29mm+6根據(jù)又分別代入d1和d2的數(shù)值，可得可見光的波長范圍大于400nm小于760nm。所以本實驗雙縫間距采用的是，可知6．在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，實驗裝置如圖所示。（1）某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，對實驗裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實驗現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點，下列說法中正確的是；A．干涉條紋與雙縫垂直B．單縫和雙縫應(yīng)相互平行放置C．若取下濾光片，光屏上可觀察到白光的干涉圖樣D．想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，可以將單縫向雙縫靠近（2）將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上螺旋測微器示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)為mm；（3）已知雙縫間距d為，測得雙縫到屏的距離L為0.600m，求所測量光的波長為m（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；【答案】BC/CB13.870【詳解】（1）[1]A．干涉條紋與雙縫平行，A錯誤；B．單縫和雙縫應(yīng)相互平行放置，B正確；C．若取下濾光片，光屏上可觀察到白光的干涉圖樣，C正確；D．想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，則要條紋間距減小，由相鄰兩條紋間距公式可知，可以將雙縫的距離d增大，或減小雙縫到屏的距離L，或用波長小的光做實驗，若將單縫向雙縫靠近，不會改變條紋的間距，不會改變目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，D錯誤。故選BC。（2）[2]由圖乙可知，螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為13.5mm，可動刻度的讀數(shù)為則有手輪上的示數(shù)為x2（3）[3]由圖甲可知，螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為2mm，可動刻度的讀數(shù)為則有手輪上的示數(shù)為x1則有兩相鄰亮條紋間距為由，可得所測量光的波長為7．做“用雙縫干涉測光的波長”實驗中。使用的雙縫間距d=0.20mm。雙縫到光屏的距離L=600mm，觀察到的干涉條紋如圖所示。（1）在測量頭上的是一個螺旋測微器（又叫“千分尺”），分劃板上的刻度線處于、位置時，對應(yīng)的示數(shù)如圖乙所示；則相鄰亮紋的間距△x=mm（結(jié)果保留3位小數(shù)）（2）計算單色光的波長的公式λ=（用L、d、、表示）（3）代入數(shù)據(jù)計算單色光的波長λ=m（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（4）圖丙為實驗裝置示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，屏上O點處為一亮條紋。若實驗時單縫偏離光軸，向右微微移動，則可以觀察到O點處的干涉條紋()A．向左移動B．向右移動C．間距變大D．間距變小A【詳解】（1）[1]螺旋測微器讀數(shù)為則相鄰亮紋的間距（2）[2]根據(jù)干涉條紋公式可得（3）[3]帶入數(shù)據(jù)可得（4）[4]根據(jù)可知，實驗時單縫偏離光軸，向右微微移動，因雙縫間距、雙縫到光屏的距離、波長都不變，所以間距不變，由于主光軸變的傾斜，可以觀察到O點處的干涉條紋向左移動。故選A。8．（1）圖甲所示是用雙縫干涉測光的波長的實驗裝置圖。針對、、、四個位置或部件，回答問題：①雙縫應(yīng)安裝在位置（填字母代號）．②某次實驗中，雙縫到光屏的距離和雙縫的間距固定不變，用兩種不同波長的單色光得到乙、丙兩幅干涉圖樣，則圖入射光的波長更長．（2）某實驗小組利用如圖所示的裝置研究平拋運動規(guī)律。實驗裝置為完全相同的傾斜軌道與長度不同的水平軌道平滑連接，并將軌道固定在同一豎直面內(nèi)的不同高度處。實驗時，將兩小球、（均可視為質(zhì)點）同時從兩傾斜軌道上自由釋放，釋放位置距各自的水平軌道的高度相同。兩球運動過程中，用頻閃照相的方式記錄兩小球的位置（在圖中已標(biāo)出）。忽略一切阻力，已知頻閃照相機的頻閃周期為。①小球、在運動過程中的任意時刻都在同一豎直線上，這說明。（選填正確答案標(biāo)號）A．小球在水平方向做勻速直線運動B．小球在豎直方向做自由落體運動C．小球的運動可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動②小球做平拋運動后，利用頻閃照片測量出兩小球連續(xù)三個位置的高度差分別為、、，則重力加速度。（用題中所給字母表示）【答案】c乙A【詳解】（1）①[1]根據(jù)實驗操作步驟，雙縫應(yīng)安裝在位置。②[2]根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式可知，干涉條紋的間距越大，波長越大，乙圖入射光的波長大。（2）①[3]根據(jù)題述小球、在運動過程中的任意時刻都在同一豎直線上，可知兩小球在水平方向的運動情況相同，這說明小球在水平方向做勻速直線運動，A項正確。BC錯誤。故選A。②[4]兩小球連續(xù)三個位置的高度差分別為、、，小球在相鄰相等時間內(nèi)下落的高度分別為和，根據(jù)，可得解得9．在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，將所有器材按要求安裝在如圖1所示的光具座上，然后接通電源使光源正常工作。已知實驗中選用縫間距的雙縫，像屏與雙縫之間的距離。（1）用某單色光照射雙縫得到如圖2所示的干涉圖樣，分劃板在圖中A、B位置時的螺旋測微器讀數(shù)分別如圖甲、圖乙所示，將測量頭的分劃板中心刻線與亮紋A中心對齊，此時手輪上的示數(shù)如圖甲所示為；然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與亮紋B中心對齊，此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示為，可求得相鄰兩條亮紋的間距。利用題目中的已知量和測量結(jié)果就可算出這種單色光的波長（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。（2）如果想讓目鏡中看到的條紋間距變寬，下列操作可行的是。A．將圖1中單縫向左移動少許B．增加光源的亮度C．調(diào)節(jié)遮光筒長度，增加雙縫和像屏之間的距離D．調(diào)節(jié)雙縫的方向，使雙縫與單縫的方向垂直【答案】14.417632C【詳解】（1）[1]手輪上的示數(shù)為[2]相鄰兩亮條紋間距為這種單色光的波長為（2）[3]根據(jù)使條紋間距變寬，可換成波長較大的單色光，增大雙縫與屏間距，減小雙縫間距，其他操作均不可能實現(xiàn)。故選C。10．在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，（1）在觀察白光的干涉圖樣時，現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B