（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 第85課時(shí) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)（實(shí)驗(yàn)增分課）講義（含解析）.doc

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第85課時(shí)　用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)(實(shí)驗(yàn)增分課) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件。 2．觀察白光和單色光的雙縫干涉圖樣。 3．測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。 二、實(shí)驗(yàn)原理 單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長(zhǎng)λ之間滿足Δx＝λ。 三、實(shí)驗(yàn)器材 雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭組成)，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺。 謹(jǐn)記部分器材用途 濾光片 提供單色光 單縫 提供光線穩(wěn)定的光源 雙縫 提供相干光 測(cè)量頭 測(cè)定條紋間距 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．安裝儀器、觀察干涉條紋 (1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安裝在光具座上，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，使光源發(fā)出的光能沿遮光筒的軸線到屏。 (4)安裝雙縫和單縫，使縫的中點(diǎn)大致位于遮光筒的軸線上，且雙縫與單縫相互平行，二者間距約5～10 cm，這時(shí)，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。 2．測(cè)定單色光的波長(zhǎng) (1)安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可觀察到清晰的干涉條紋。 (2)使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮條紋。 (3)用刻度尺測(cè)量雙縫到屏的距離l(d是已知的)。 (4)重復(fù)測(cè)量。 五、數(shù)據(jù)處理 1．條紋間距Δx＝。 2．波長(zhǎng)λ＝Δx。 3．計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值。 六、誤差分析 1．雙縫到屏的距離l的測(cè)量存在誤差。 2．測(cè)條紋間距Δx帶來的誤差 (1)干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度。 (2)誤認(rèn)為Δx為亮(暗)條紋的寬度。 (3)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。 (4)測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。 七、注意事項(xiàng) 1．雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，且注意保養(yǎng)。 2．安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)。 3．光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。 4．照在屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)。 1．利用雙縫干涉測(cè)定光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d＝0.5 mm，雙縫與光屏間距離L＝0.5 m，用某種單色光照射雙縫得到干涉圖樣如圖1所示，分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖2所示，則圖中A位置的游標(biāo)卡尺讀數(shù)為________m，B位置的游標(biāo)卡尺讀數(shù)為________m，單色光的波長(zhǎng)為________m。 解析：題圖2所示游標(biāo)卡尺的精確度為0.1 mm，故A位置讀數(shù)為11 mm＋0.12 mm＝11.2 mm＝1.1210－2 m；B位置讀數(shù)為15 mm＋0.17 mm＝15.7 mm＝1.5710－2 m；故Δx＝ m≈6.410－4 m；由Δx＝λ可得λ＝Δx＝ m＝6.410－7 m。 答案：1.1210－2　1.5710－2　6.410－7 2．用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，已知單縫與雙縫的距離L1＝60 mm，雙縫與光屏的距離L2＝700 mm，單縫寬d1＝0.10 mm，雙縫間距d2＝0.25 mm。 (1)分劃板的中心刻線分別對(duì)準(zhǔn)第1條和第4條亮條紋的中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)如圖乙所示，則對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)x1＝________mm，對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)x2＝________mm，相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝________mm。 (2)本實(shí)驗(yàn)中計(jì)算波長(zhǎng)的公式λ＝______，求得的波長(zhǎng)是________nm(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 解析：(1)對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)x1＝(2＋0.0119.0)mm＝2.190 mm，對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)x2＝(7.5＋0.0136.9)mm＝7.869 mm，相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝＝1.893 mm。 (2)由條紋間距公式Δx＝可得，本實(shí)驗(yàn)中λ＝Δx， 波長(zhǎng)λ＝1.89310－3 m≈6.7610－7 m＝676 nm。 答案：(1)2.190　7.869　1.893　(2)Δx　676 3．現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和紅色濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、____________、A。 (2)本實(shí)驗(yàn)的操作步驟有： ①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮； ②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； ③用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離； ④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮條紋間的距離。 在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意__________________________和______________________。 (3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋中心對(duì)齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對(duì)齊，此時(shí)圖乙所示手輪上的示數(shù)為________mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為________mm。 (4)已知雙縫間距d＝2.010－4 m，測(cè)得雙縫到屏的距離l＝0.700 m，由計(jì)算公式λ＝________，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為________mm。 解析：(1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確排序?yàn)楣庠?、濾光片、單縫、雙縫、屏，因此應(yīng)填：E、D、B。 (2)單縫與雙縫的間距為5～10 cm，使單縫與雙縫相互平行。 (3)題圖甲的讀數(shù)為2.320 mm，題圖乙的讀數(shù)為13.870 mm，Δx＝ mm＝2.310 mm。 (4)由Δx＝λ可得λ＝Δx， 可求出λ＝2.310 mm＝6.610－4 mm。 答案：(1)E、D、B　(2)單縫與雙縫的間距為5～10 cm　使單縫與雙縫相互平行　(3)13.870　2.310　(4)Δx　6.610－4 本實(shí)驗(yàn)常考雙縫干涉儀器的安裝、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)、Δx的測(cè)量和光的波長(zhǎng)的計(jì)算。安裝實(shí)驗(yàn)儀器要注意各種元件的安放順序，實(shí)驗(yàn)步驟中需要牢記注意事項(xiàng)，另外還要準(zhǔn)確掌握Δx的測(cè)量方法和λ的計(jì)算方法?！　?