物理选择性必修 第一册4 实验：用双缝干涉测量光的波长导学案及答案

用双缝干涉测量光的波长       

【学习目标】

1．明确《用双缝干涉测量光的波长》实验原理．

    2．知道实验操作步骤．

    3．会进行数据处理和误差分析．

知识回顾：

1.光的本质是什么？

答：电磁波

2.光是一种波吗？ 什么现象可以证明光是一种波？

答：光的干涉

3.干涉的条件？

答：光的频率相同，振动方向相同

知识点一、用双缝干涉测量光的波长解题依据

实验目的：

    （1）观察白光及单色光的双缝干涉图样；

（2）测定单色光的波长．

实验原理：

    （1）光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹．

（2）若双缝到屏的距离用z表示，双缝间的距离用表示，相邻两条亮纹间的距离用表示，则入射光的波长为．实验中是已知的，测出、即可测出光的波长．

实验器材：

双缝干涉仪包括：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．

实验装置：

    如图所示，将直径约、长约的遮光筒平放在光具座上，筒的一端有双缝，另一端装上毛玻璃做光屏，其上有刻度，先取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的一束光恰沿遮光筒的轴线照亮光屏，然后放好单缝和双缝，两屏相距，使缝互相平行，且位于轴线上，这时可看到彩色干涉条纹，若在单缝屏和光源之间放置一块滤光片，则可观察到单色干涉条纹．

实验步骤：

    （1）调节双缝干涉仪，观察光的双缝干涉现象；

    （2）用单色光入射得到干涉条纹，测出条亮纹的距离，得相邻条纹的距离；

    （3）利用已知的双缝间距，用刻度尺测出双缝到屏的距离，根据公式计算出波长；

    （4）换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离有什么变化，并求出相应的波长．

    要点诠释：①某种颜色的滤光片只能让这种颜色的光通过，其他颜色的光不能通过．

    ②条纹间距用测量头测出．

③单缝与双缝闻的距离在．

注意事项

    （1）调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光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对齐条纹的中心，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条条纹间的距离；

    （4）不要直接测，要测几个条纹的间距计算得，这样可减小误差；

    （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．

测量条纹间隔的方法：

    两处相邻明（暗）条纹间的距离，用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示．转动手轮，分划板会左、右移动．测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图乙所示），记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离．即．

   要点诠释：Δx很小，直接测量时相对误差较大，通常测出条明条纹间的距离，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离．

    ．

洛埃镜干涉实验：

    1834年，洛埃利用单面镜得到了杨氏干涉的结果．洛埃镜实验的基本装置如图13-3-16所示，为单色光源。为一平面镜．经平面镜反射光和直接发出的光在光屏上相遇叠加形成干涉条纹，其光路如图所示，干涉的条纹宽度公式为．

例题1.图是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹．下列说法正确的是 (　　)

A．减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小

B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大

C．将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小

D．将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大

【答案】B

【解析】由双缝干涉条纹间距公式可知，减小双缝间的距离d，干涉条纹间的距离Δx增大，A错误；增大双缝到屏的距离l，干涉条纹间的距离增大，B正确；将绿光换为红光，入射光的波长增大，干涉条纹间的距离增大，C错误；将绿光换为紫光，入射光的波长变短，干涉条纹间的距离减小，D错误．

    【总结升华】根据即可得出结论，

 课堂练习一：

如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹间距变大可改用波长更________（填“长”或“短”）的单色光；或者使双缝与光屏之间的距离________（填“增大”或“减小”）．

【答案】长  增大

【解析】本题考查光的双缝干涉．根据干涉条纹间距可得，要想增大干涉条纹间距，可以改用波长较长的单色光或者增大双缝与光屏间的距离．本题难度较低．

课堂练习二：

用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：

    A．白炽灯    B．单缝片    C．光屏    D．双缝    E．滤光片（其中双缝和光屏连在遮光筒上）．

    （1）把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：（A已写好）．

    （2）正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出条红亮纹间的距离为；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出条绿亮纹间的距离为，则一定有（填“大于”“小于”或“等于”）．

【答案】（1）  （2）大于

【解析】光源、滤光片、单缝、双缝、光屏在光具座上可从左向右排，也可从右向左排，但任何两个元件之间的顺序不能颠倒，尤其是滤光片和单缝之间，二者顺序颠倒后会使实验现象大打折扣。要注意这一点．

    本题第一项已填好，故答案是唯一的，即．由知，波长越长，条纹越宽，间距越大，或由干涉条纹的特征均可得出一定大于．

    【总结升华】本题重点考查了实验器材的选择和排序问题．本实验中的器材排序是历年来高考的热点．