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2022届新高考一轮复习人教版 实验二十 用双缝干涉实验测量光的波长 学案
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这是一份2022届新高考一轮复习人教版 实验二十 用双缝干涉实验测量光的波长 学案，共4页。学案主要包含了实验目的，实验原理与要求等内容，欢迎下载使用。
授课提示：对应学生用书第282页
一、实验目的
1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。
3．测定单色光的波长。
二、实验原理与要求
[基本实验要求]
1．实验原理
如图甲所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为Δx＝eq \f(l,d)λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。
甲
两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图乙所示。
乙
2．实验器材
双缝干涉仪，即(光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。
3．实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。
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，使灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。
④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm。
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
(2)测定单色光的波长
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条亮条纹的中央，如图所示，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝eq \f(a,n－1)。
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。
④重复测量、计算，求出波长的平均值。
[规律方法总结]
1．数据处理
(1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝eq \f(an－a1,n－1)。
(2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝eq \f(l,d)λ得λ＝eq \f(d,l)Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离。
(3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值。
2．注意事项
(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。
(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。
(4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层。
3．误差分析
(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差。
(2)测条纹间距Δx带来的误差：
①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。
②误认为Δx为亮条纹的宽度。
③分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。
④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。
授课提示：对应学生用书第283页
命题点 教材原型实验
实验原理与操作
[典列1] 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；
②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用刻度尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意________、________和________。
[解析] (1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以排列顺序为：C、E、D、B、A。
(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上。
[答案] (1)E D B (2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当 要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上
实验数据处理与分析
[典例2] 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距d＝0.2 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm。
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm。
[解析] (1)由游标尺的读数规则可知x2＝(15.0＋1×0.02)mm＝15.02 mm。
(2)题图乙(a)中暗纹与题图丙(a)中暗纹间的间隔为6个，故Δx＝eq \f(x2－x1,6)＝2.31 mm；
由Δx＝eq \f(l,d)λ可知λ＝eq \f(d·Δx,l)＝660 nm。
[答案] (1)15.02 (2)2.31 660
授课提示：对应学生用书第282页
一、实验目的
1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。
3．测定单色光的波长。
二、实验原理与要求
[基本实验要求]
1．实验原理
如图甲所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为Δx＝eq \f(l,d)λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。
甲
两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图乙所示。
乙
2．实验器材
双缝干涉仪，即(光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。
3．实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。
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，使灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。
④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm。
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
(2)测定单色光的波长
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条亮条纹的中央，如图所示，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝eq \f(a,n－1)。
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。
④重复测量、计算，求出波长的平均值。
[规律方法总结]
1．数据处理
(1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝eq \f(an－a1,n－1)。
(2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝eq \f(l,d)λ得λ＝eq \f(d,l)Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离。
(3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值。
2．注意事项
(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。
(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。
(4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层。
3．误差分析
(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差。
(2)测条纹间距Δx带来的误差：
①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。
②误认为Δx为亮条纹的宽度。
③分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。
④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。
授课提示：对应学生用书第283页
命题点 教材原型实验
实验原理与操作
[典列1] 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；
②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用刻度尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意________、________和________。
[解析] (1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以排列顺序为：C、E、D、B、A。
(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上。
[答案] (1)E D B (2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当 要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上
实验数据处理与分析
[典例2] 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距d＝0.2 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________mm。
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm。
[解析] (1)由游标尺的读数规则可知x2＝(15.0＋1×0.02)mm＝15.02 mm。
(2)题图乙(a)中暗纹与题图丙(a)中暗纹间的间隔为6个，故Δx＝eq \f(x2－x1,6)＝2.31 mm；
由Δx＝eq \f(l,d)λ可知λ＝eq \f(d·Δx,l)＝660 nm。
[答案] (1)15.02 (2)2.31 660
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