2018-2019学年高中物理粤教版选修3-4：4.5

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一 二 知识精要 思考探究
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典题例解
思路分析对于波长的计算,将两次手轮的读数相减,求出 n 条亮条 纹间的距离
������ ������ a,利用公式 Δx= 算出相邻两条亮条纹的间距,然后利 ������-1
用公式 λ= ������ Δx 求出此单色光的波长 λ。
解析:(1)各器件在光具座上的排序依次为:光源、滤光片、单缝、 双缝、光屏。 ������ (2)根据 Δx= λ ,增大④和⑤之间的距离l,能增大光屏上相邻两条 ������ 亮条纹之间的距离,故选项A错误,B正确;将红色滤光片改为绿色滤 光片,λ减小,则Δx减小,选项C错误;增大双缝之间的距离即增大d,则 Δx减小,选项D错误。
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【例1】 下图是用双缝干涉测光的波长的实验装置示意图。
(1)图中①是光源,⑤是光屏,它们之间的②、③、④依次 是 、 、 。 (2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离 ( ) A.增大③和④之间的距离 B.增大④和⑤之间的距离 C.将红色滤光片改为绿色滤光片 D.增大双缝之间的距离
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(3)在某次实验中,已知双缝到光屏之间的距离是600 mm,双缝之 间的距离是0.20 mm,单缝到双缝之间的距离是100 mm。某同学在 用测量头测量时,先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某 条亮条纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数如图甲所示,然后 他转动测量头,使分划板中心刻线对准第7条亮条纹的中心,这时手 轮上的示数如图乙所示,这两次示数依次为 mm和 mm,由此可以计算出所测单色光
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答案:(1)2.190
7.865
1.892
������2 (2) Δx ������2
676
解析:(1)按照螺旋测微器的读数规则对目镜中观察到的情况读 数,将固定刻度和可动刻度上的读数相加即可,得到第 1 条亮纹对应 的读数 x1=2.190 mm,第 4 条亮纹对应的读数 x2=7.865 mm。第 1 条 和第 4 条间有 3 个亮条纹间距,故相邻两条亮条纹间距
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甲
乙
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(1)当分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手 轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1= mm,对准第 4条时读数x2= mm,相邻两条亮纹间的距离Δx= mm。
丙 (2)计算波长的公式λ= nm。 ;求得的波长值是
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用双缝干涉测光的波长。实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝 的距离l1=60 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,单缝宽d1=0.10 mm, 双缝间距d2=0.25 mm。用测量头来测量光屏上干涉亮纹中心的距 离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左 右移动,让分划板的中心刻线对准屏上亮纹的中心(如图乙所示),记 下此时手轮的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮 纹的中心,记下此时手轮上的刻度。
������ 来求条纹间距 ������-1 ������ ������ ������ ������
的方法。这样既便于测量,又可以减小测量的相对误差。
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【例2】 用单色光做双缝干涉实验,下列说法中正确的是( ) A.中间部分两相邻明条纹的间距是两边两相邻明条纹的间距的2倍 B.两相邻明条纹的间距是相等的 C.屏与双缝之间的距离减小,则屏上两相邻明条纹的间距增大 D.在实验装置不变的情况下,红光的两相邻明条纹的间距小于蓝光 的两相邻明条纹的间距 ������ 思路分析根据两相邻明条纹的间距公式 Δx=������λ ,可以看出两相邻明 条纹的间距是相等的,条纹间距与波长、双缝到屏间的距离和双缝间 的距离有关。
2.接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。 3.调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线射到光屏上。 4.安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的中心轴线上,使双缝与 单缝的缝平行,二者间距约5~10 cm,这时,可观察白光的干涉条纹。 5.在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。
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2.在实验中,若用白光作光源,得到的干涉图样有什么不同?中央 亮纹为什么是白色?其他亮纹中为什么红色在最外侧、紫色在最 内侧? 答案:若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央是白色的。 从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹,各 种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。两侧条 纹间距与各色光的波长成正比,即红色光的亮条纹间的宽度最大, 红色在亮纹的最外侧,紫色光亮条纹间的宽度最小,紫色在亮纹的 最内侧,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样就形成 了彩
一、观察双缝干涉图样 器材的安装与调整时应注意: (1)先将光源、遮光筒依次放于光具座上,调整光源的高度,使它 发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (2)将单缝和双缝安装在光具座上,使光源、单缝及双缝三者的中 心位于遮光筒的轴线上,并注意使双缝与单缝相互平行,在遮光筒 有光屏一端安装测量头,如图所示,调整分划板位置直到分划板中 心刻线位于光屏中央。
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二、测定单色光的波长
本实验的原理是依据条纹间距 Δx 与两缝间距 d,双缝到屏的距离 l 和入射光的波长 λ 的关系:Δx= λ 来测波长的,其中 λ= Δx。在实际 实验中因为条纹间距很小,不便于直接测量,所以我们通常采用测第 1 条到第 n 条亮(或暗)纹之间的距离 a,然后由 Δx=
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二、测定单色光的波长 1.实验的步骤 (1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。 (2)使分划板中心刻线对齐某亮条纹中心时,记下手轮上的读数a1; 转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心时,记下此 时手轮上的读数a2;并记下两次测量时移过的亮条纹数n,则相邻两 ������2 -������1 |。 亮条纹间距 Δx=|
答案:(1)滤光片 单缝 双缝 (2)B (3)0.640(0.639~0.641均正 确) 10.793(10.792~10.794均正确) 564
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(2017· 全国卷Ⅱ)(多选)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双 缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相 邻亮条纹的间距,可选用的方法是( ) A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动 答案:ACD
实验中为什么不直接测相邻条纹间距Δx,而要测几个条纹间距来 求平均值? 提示 由于光的波长很小,实验中条纹宽度很小,直接测出一条条 纹的宽度不准确或较难实现,只能先测出n个条纹间距,再求相邻亮 条纹间的距离,这样既便于测量,又可以减小误差。
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解析:双缝干涉实验中,明条纹是等间距的,选项A错误,B正确。两 ������ 相邻明条纹的间距 Δx=������λ,其中d是双缝间的距离,l是双缝到屏的距 离,λ是光的波长,可见,屏与双缝之间的距离减小,则屏上两相邻明条 纹的间距减小,选项C错误。红光的频率比蓝光的小,则红光的波长 比蓝光的长,故红光的两相邻明条纹的间距大于蓝光的两相邻明条 纹的间距,选项D错误。 答案:B
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第五节
用双缝干涉实验测定 光的波长
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1.知道波长是光的重要参数。 学习目标 2.通过实验,学会运用光的干涉测定光的波长。 3.更进一步理解光产生干涉的条件 重点难点 用双缝干涉测光的波长的实验原理
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一、观察双缝干涉图样 1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏等依次安放在光具座上。如图所 示。
������-1
(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。
(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。 (5)换用不同滤光片,重复实验。
2.数据处理:由 Δx= · λ 知 λ=
������ ������ Δ������· ������ 。 ������
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7.865-2.190 3 ������ ������2 ������2 -������1 Δx= 4-1
=
mm≈1.892 mm。
������
(2)由相邻亮条纹的中心间距公式 Δx=������λ 可得波长计算公式
λ= 2 Δx,代入数据可得 λ=676 nm。
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1.不同颜色的单色光的干涉条纹会有什么不同?请你作出猜想,并 在后面实验中验证。 答案:据 Δx= λ知,不同颜色单色光的干涉条纹间距不同,波长越 长,条纹间距离越大。
������ ������
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