2017-2018學(xué)年高中物理 第十三章 光 第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)學(xué)案 新人教版選修3-4

《2017-2018學(xué)年高中物理 第十三章 光 第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)學(xué)案 新人教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第十三章 光 第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)學(xué)案 新人教版選修3-4（4頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 13.4　實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的條件． 2．觀(guān)察白光及單色光的雙縫干涉圖樣． 3．掌握用公式Δx＝λ測(cè)定波長(zhǎng)的方法． 4．會(huì)用測(cè)量頭測(cè)量條紋間距離． 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．相鄰明紋(暗紋)間的距離Δx與入射光波長(zhǎng)λ之間的定量關(guān)系推導(dǎo) 如圖13-4-1所示，雙縫間距d，雙縫到屏的距離l.雙縫S1、S2的連線(xiàn)的中垂線(xiàn)與屏的交點(diǎn)為P0.對(duì)屏上與P0距離為x的一點(diǎn)P，兩縫與P的距離PS1＝r1，PS2＝r2.在線(xiàn)段PS2上作PM＝PS1，則S2M＝r2－r1，因d?l，三角形S1S2M可看作直角三角形．有：r2－r1＝dsin θ(令

2、∠S2S1M＝θ)． 圖13-4-1 則：x＝ltan θ≈lsin θ 有：r2－r1＝d 若P處為亮紋，則d＝±kλ，(k＝0,1,2，…) 解得：x＝±kλ.(k＝0,1,2，…) 相鄰兩亮紋或暗紋的中心距離：Δx＝λ. 2．測(cè)量原理 由公式Δx＝λ可知，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，d是雙縫間距，是已知的；l是雙縫到屏的距離，可以測(cè)出，那么，只要測(cè)出相鄰兩明條紋(或相鄰兩暗條紋)中心間距Δx，即可由公式λ＝Δx計(jì)算出入射光波長(zhǎng)的大?。? 3．條紋間距Δx的測(cè)定 如圖13-4-2甲所示，測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，測(cè)量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，讓分劃板中心刻線(xiàn)與干涉條紋平行，然后轉(zhuǎn)

3、動(dòng)手輪，使分劃板向左(向右)移動(dòng)至分劃板的中心刻線(xiàn)與條紋的中心對(duì)齊，如圖13-4-2乙所示記下此時(shí)讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，用同樣的方法測(cè)出n個(gè)亮紋間的距離a，可求出相鄰兩亮紋間的距離Δx＝. 圖13-4-2 三、實(shí)驗(yàn)器材 雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測(cè)量頭，其中測(cè)量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線(xiàn)、米尺． 一、實(shí)驗(yàn)步驟 1．按圖13-4-3所示安裝儀器． 圖13-4-3 2．將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線(xiàn)上． 3．使光源發(fā)光，在光源和單縫之間加紅(綠)色濾光片，讓通過(guò)后的條形光斑恰好落在雙縫上，通

4、過(guò)遮光筒上的測(cè)量頭，仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡，觀(guān)察單色光的干涉條紋，撤去濾光片，觀(guān)察白光的干涉條紋(彩色條紋)． 4．加裝濾光片，通過(guò)目鏡觀(guān)察單色光的干涉條紋，同時(shí)調(diào)節(jié)手輪，分劃板的中心刻線(xiàn)對(duì)齊某一條紋的中心，記下手輪的讀數(shù)，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使分劃板移動(dòng)，直到分劃板的中心刻線(xiàn)對(duì)齊另一條紋中心，記下此時(shí)手輪讀數(shù)和移過(guò)分劃板中心刻度線(xiàn)的條紋數(shù)n. 5．將兩次手輪的讀數(shù)相減，求出n條亮紋間的距離a，利用公式Δx＝，算出條紋間距，然后利用公式λ＝Δx，求出此單色光的波長(zhǎng)λ(d儀器中已給出，l可用米尺測(cè)出)． 6．換用另一濾光片，重復(fù)步驟3、4、5，并求出相應(yīng)的波長(zhǎng)． 二、誤差分析 本實(shí)驗(yàn)為測(cè)量性實(shí)驗(yàn)，因此應(yīng)

5、盡一切辦法減少有關(guān)測(cè)量的誤差． 1．雙縫到屏的距離l的測(cè)量誤差 因本實(shí)驗(yàn)中雙縫到屏的距離非常長(zhǎng)，l的測(cè)量誤差不太大，但也應(yīng)選用毫米刻度尺測(cè)量，并用多次測(cè)量求平均值的辦法減小相對(duì)誤差． 2．測(cè)條紋間距Δx帶來(lái)的誤差 (1)干涉條紋沒(méi)有調(diào)到最清晰的程度． (2)分劃板刻線(xiàn)與干涉條紋不平行，中心刻線(xiàn)沒(méi)有恰好位于條紋中心． (3)測(cè)量多條亮條紋間距時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確． 三、注意事項(xiàng) 1．單縫、雙縫應(yīng)相互平行，其中心大致位于遮光筒的軸線(xiàn)上，雙縫到單縫距離應(yīng)相等． 2．測(cè)雙縫到屏的距離l可用米尺測(cè)多次取平均值． 3．測(cè)條紋間距Δx時(shí)，用測(cè)量頭測(cè)出n條亮(暗)紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮(

6、暗)紋間的距離Δx＝. 實(shí)驗(yàn)探究1　實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及儀器讀數(shù) 　在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如下圖13-4-4): 圖13-4-4 (1)下列說(shuō)法哪一個(gè)是錯(cuò)誤的________．(填選項(xiàng)前的字母) A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線(xiàn)照在屏中心時(shí)，應(yīng)放上單縫和雙縫 B．測(cè)量某條干涉亮紋位置時(shí)，應(yīng)使測(cè)微目鏡分劃板中心刻線(xiàn)與該亮紋的中心對(duì)齊 C．為了減少測(cè)量誤差，可用測(cè)微目鏡測(cè)出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距Δx＝ (2)測(cè)量某亮紋位置時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖13-4-5，其示數(shù)為_(kāi)_____mm. 圖13-4-5 【答案】　(1)A　(2)1.9

7、70 實(shí)驗(yàn)探究2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 　利用雙縫干涉測(cè)定單色光波長(zhǎng)，某同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一次分劃板中心刻度對(duì)齊A條紋中心時(shí)(圖13-4-6甲)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丙所示，第二次分劃板中心刻度對(duì)齊B條紋中心時(shí)(圖乙)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示，已知雙縫間距為0.5 mm，從雙縫到屏的距離為1 m，則圖丙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_(kāi)_______ mm.圖丁游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_(kāi)_______ mm.在實(shí)驗(yàn)中，所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______ m．在本實(shí)驗(yàn)中如果在雙縫上各有一個(gè)紅色和綠色濾光片，那么在光屏上將________(選填“能”或者“不能”)看到明暗相間的條紋． 圖13-4-6 【答案】　11.4　16.8　6.75×10－7　不能 4