高中人教版 (2019)4 实验：用双缝干涉测量光的波长优秀教案

这是一份高中人教版 (2019)4 实验：用双缝干涉测量光的波长优秀教案，共8页。教案主要包含了自主学习，学始于疑，进阶闯关检测等内容，欢迎下载使用。

阅读教材95-96页，思考：
1.实验原理是什么？
2.需要哪些器材？
3.怎样测条纹间距？
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
1.实验目的
2.实验原理：
3. 实验器材：
4.实验步骤：
课堂练习：教材97页1-3
【进阶闯关检测】
A类基础关
1．(多选)某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于( )
A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大
B．滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光束太强
2．用双缝干涉测量光的波长，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、________(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10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为d，则一定有________大于________。
(3)在双缝干涉实验中，滤光片的作用是________，单缝的作用是________，双缝的作用是________。
3．利用双缝干涉测量光的波长实验中，双缝相距d＝0.4 mm，双缝到光屏的距离l＝0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图所示，则：
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝________ mm，xB＝________ mm，相邻两条纹间距Δx＝________ mm。
(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长λ＝________ m。
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
B类能力关
4．某同学在实验中，用一束阳光照射单缝，在光屏上没有观察到干涉条纹，移去双缝，屏上出现一条较窄的光斑，分析实验失败的原因，最大的可能性是( )
A．单缝的宽度太宽 B．双缝间的距离太小
C．双缝到单缝的距离不相等 D．阳光不能作光源
5．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可( )
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________。
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。
C类综合关（选做）
6．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动
测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长。(结果保留两位有效数字)
【进阶闯关检测】
A类基础关
1．(多选)某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于( )
A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大
B．滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光束太强
解析 光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样，A、C两项正确。
答案 AC
2．用双缝干涉测量光的波长，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、________(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10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为d，则一定有________大于________。
(3)在双缝干涉实验中，滤光片的作用是________，单缝的作用是________，双缝的作用是________。
解析 (1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，或把它们全部倒过来，因本题第一项已写好，故答案是唯一的。(2)由Δx＝eq \f(l,d)λ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a一定大于b。(3)滤光片的作用是使光源发出的光成为单色光，单色光通过单缝后形成线光源，经过双缝后形成相干光，在屏上产生稳定的干涉图样。
答案 (1)E、B、D、C (2)a b (3)获得单色光 提供线光源 提供相干光源
3．利用双缝干涉测量光的波长实验中，双缝相距d＝0.4 mm，双缝到光屏的距离l＝0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图所示，则：
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝________ mm，xB＝________ mm，相邻两条纹间距Δx＝________ mm。
(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长λ＝________ m。
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
解析 (1)xA＝11 mm＋1×0.1 mm＝11.1 mm
xB＝15 mm＋6×0.1 mm＝15.6 mm
Δx＝eq \f(xB－xA,6)＝eq \f(15.6－11.1,6) mm＝0.75 mm。
(2)由Δx＝eq \f(l,d)λ得λ＝eq \f(d,l)Δx
代入数据，得λ＝eq \f(0.4×10－3,0.5)×0.75×10－3 m＝6.0×10－7 m。
(3)由v＝λυ知频率高的单色光波长短，所以根据Δx＝eq \f(l,d)λ判断出干涉条纹间距将变小。
答案 (1)11.1 15.6 0.75 (2)eq \f(d,l)Δx 6.0×10－7 (3)变小
B类能力关
4．某同学在实验中，用一束阳光照射单缝，在光屏上没有观察到干涉条纹，移去双缝，屏上出现一条较窄的光斑，分析实验失败的原因，最大的可能性是( )
A．单缝的宽度太宽
B．双缝间的距离太小
C．双缝到单缝的距离不相等
D．阳光不能作光源
解析 在双缝干涉实验中，在双缝间距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，干涉条纹间距跟光波的波长成正比，Δx＝eq \f(l,d)λ，双缝间距离d越小，相邻两亮条纹中心间距Δx越大，干涉条纹越清晰，故B项错误；由以上分析，双缝到单缝距离不相等时，屏上仍会出现干涉条纹，故C项错误；阳光为白光，其干涉条纹是彩色条纹，故D项错误；最大可能性是单缝太宽，使从同一位置通过单缝的光的频率不相等，不能发生干涉，故A项正确。
答案 A
5．分)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可( )
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________。
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。
解析 本题考查利用双缝干涉测量光的波长的实验。(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D三项错误。(2)由题意可知，由eq \f(Δx,n－1)＝eq \f(l,d)λ得λ＝eq \f(d·Δx,n－1l)。(3)将已知条件代入公式解得λ＝630 nm。
答案 (1)B (2)eq \f(d·Δx,n－1l) (3)630
C类综合关（选做）
6．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数，如图丁所示；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出，如图丙所示；实验时先移动
测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下螺旋测微器的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长。(结果保留两位有效数字)
解析 根据相邻条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，波长λ＝eq \f(d,l)Δx，只要根据题目提供的数据就可求解，由图丁可直接读出d＝0.25 mm＝0.000 25 m，双缝到屏的距离由图丙读出l＝749 mm＝0.749 m。由图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离Δx＝eq \f(14.700－0.300,6) mm＝2.400 mm＝0.002 400 m。
将以上数据代入得λ＝eq \f(dΔx,l)＝eq \f(0.000 25×0.002 400,0.749) m≈8.0×10－7 m。
答案 8.0×10－7 m