高考物理月刊專(zhuān)版 專(zhuān)題11 光學(xué)綜合 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)課件

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1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件2觀察雙縫干涉圖樣觀察雙縫干涉圖樣3測(cè)定單色光的波長(zhǎng)測(cè)定單色光的波長(zhǎng)二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理1光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光經(jīng)過(guò)單縫后光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光經(jīng)過(guò)單縫后 相當(dāng)于線光源，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，我們通過(guò)相當(dāng)于線光源，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，我們通過(guò) 光屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋若用白光照射，光屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋若用白光照射， 通過(guò)兩狹縫可以在光屏上觀察到彩色條紋通過(guò)兩狹縫可以在光屏上觀察到彩色條紋2根據(jù)根據(jù) x可以計(jì)算出單色光的波長(zhǎng)公式中可以計(jì)算出單色光

2、的波長(zhǎng)公式中d為雙為雙 縫間距離，縫間距離，x為相鄰兩條亮紋間的距離，為相鄰兩條亮紋間的距離，l為雙縫到屏之為雙縫到屏之 間的距離，實(shí)驗(yàn)中間的距離，實(shí)驗(yàn)中d一般是已知的，所以測(cè)出一般是已知的，所以測(cè)出l、x即可求即可求 出光的波長(zhǎng)出光的波長(zhǎng)x的測(cè)量可用測(cè)量頭完成，如圖實(shí)的測(cè)量可用測(cè)量頭完成，如圖實(shí)21所示，測(cè)量頭由分劃板、目所示，測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成通過(guò)測(cè)量頭可清鏡、手輪等構(gòu)成通過(guò)測(cè)量頭可清晰看到干涉條紋，分劃板上中心有晰看到干涉條紋，分劃板上中心有刻線，以此作標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)手輪的刻線，以此作標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)手輪的讀數(shù)可求得讀數(shù)可求得x.由于由于x較小，可測(cè)出較小，可測(cè)出n條亮條亮(或暗

3、或暗)條紋的間距條紋的間距a，則相鄰，則相鄰亮條紋間的距離亮條紋間的距離x圖實(shí)圖實(shí)21三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 雙縫干涉儀雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭組成遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭組成)，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺線、刻度尺四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1觀察干涉條紋觀察干涉條紋 (1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上 如圖實(shí)如圖實(shí)22所示所示圖實(shí)圖實(shí)22(2)接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光(3)調(diào)節(jié)各器件的

4、高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏(4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約單縫的縫平行，二者間距約5 cm10 cm，這時(shí)，可觀察白光，這時(shí)，可觀察白光的干涉條紋的干涉條紋(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)測(cè)定單色光的波長(zhǎng) (1)安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋 (2)使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央，記下手輪使分劃板中心刻

5、線對(duì)齊某條亮條紋的中央，記下手輪 上的讀數(shù)上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分 劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上 的讀數(shù)的讀數(shù)a2，將該條紋記為第，將該條紋記為第n條亮紋條亮紋 (3)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏的距離用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏的距離l(d是已知的是已知的) (4)重復(fù)測(cè)量重復(fù)測(cè)量五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理1條紋間距條紋間距x2波長(zhǎng)波長(zhǎng)3計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求的平均值的平均值六、注意事項(xiàng)六、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)雙縫干涉儀

6、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 遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)遮光筒的中心軸線上，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光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近4照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測(cè)照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測(cè) 量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰的一般原因是量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰的一般原因是 單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)

7、七、誤差分析七、誤差分析1雙縫到屏的距離雙縫到屏的距離l的測(cè)量存在誤差的測(cè)量存在誤差2測(cè)條紋間距測(cè)條紋間距x帶來(lái)的誤差：帶來(lái)的誤差： (1)干涉條紋沒(méi)有調(diào)整到最清晰的程度干涉條紋沒(méi)有調(diào)整到最清晰的程度 (2)誤認(rèn)為誤認(rèn)為x為亮為亮(暗暗)條紋的寬度條紋的寬度 (3)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒(méi)有恰好位于分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒(méi)有恰好位于 條紋中心條紋中心 (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)清紋數(shù)未數(shù)清八、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)八、實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 實(shí)驗(yàn)室里的雙縫干涉儀比較精密，并且安裝不方便，實(shí)驗(yàn)室里的雙縫干涉儀比

8、較精密，并且安裝不方便，調(diào)節(jié)、測(cè)量時(shí)十分麻煩現(xiàn)用一種簡(jiǎn)單方法替換如下：用調(diào)節(jié)、測(cè)量時(shí)十分麻煩現(xiàn)用一種簡(jiǎn)單方法替換如下：用一支小孩激光筆，水平放置在桌面上，前面放置一雙縫，一支小孩激光筆，水平放置在桌面上，前面放置一雙縫，則在正對(duì)的墻上就出現(xiàn)十分明顯的雙縫干涉條紋，測(cè)出相則在正對(duì)的墻上就出現(xiàn)十分明顯的雙縫干涉條紋，測(cè)出相關(guān)的物理量，利用公式關(guān)的物理量，利用公式x 即可求出即可求出.優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易操作缺點(diǎn)：精度偏低操作缺點(diǎn)：精度偏低 現(xiàn)有毛玻璃屏現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫、雙縫B、白光光源、白光光源C、單縫、單縫D和透紅光的濾光片和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖實(shí)等光學(xué)元件，要把

9、它們放在如圖實(shí)23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)長(zhǎng)圖實(shí)圖實(shí)23 (1)將白光光源將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)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)的實(shí)驗(yàn)步驟有：本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟有： 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；沿遮光筒軸線把屏照亮； 按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的按合理順序在光具座

10、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；中心位于遮光筒的軸線上； 用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離；用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離； 用測(cè)量頭用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮紋間測(cè)量數(shù)條亮紋間的距離的距離 在操作步驟在操作步驟時(shí)還應(yīng)注意時(shí)還應(yīng)注意_和和_ (3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊，將將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第該亮紋定為第1條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖實(shí)條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖實(shí)24甲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條條亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖

11、圖實(shí)亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖圖實(shí)24乙中手輪上的示數(shù)乙中手輪上的示數(shù)_mm，求得相鄰亮紋的間距，求得相鄰亮紋的間距x為為_(kāi)mm.圖實(shí)圖實(shí)24 (4)已知雙縫間距已知雙縫間距d為為2.0104 m，測(cè)得雙縫到屏的，測(cè)得雙縫到屏的距離距離l為為0.700 m，由計(jì)算公式，由計(jì)算公式_，求得所測(cè)紅，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為光波長(zhǎng)為_(kāi)nm. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo) (1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確排序?yàn)椋汗庠础V光片、單縫、雙縫、屏，因此應(yīng)填：排序?yàn)椋汗庠?、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單縫與雙縫的間距為5 cm10 cm，使

12、單縫與雙縫相互，使單縫與雙縫相互平行平行 (3)圖甲的讀數(shù)為圖甲的讀數(shù)為2.320 mm，圖乙的讀數(shù)為，圖乙的讀數(shù)為13.870 mm，x 2.310 mm.(4)由由x 可得：可得：可求出可求出 2.310106 nm 6.6102 nm.答案答案 (1)E、D、B(2)單縫與雙縫的間距為單縫與雙縫的間距為5 cm10 cm使單縫與雙縫相互平行使單縫與雙縫相互平行(3)13.8702.310 (4) 6.6102 (2009北京高考北京高考)在在“用雙縫干涉測(cè)光的用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)波長(zhǎng)”的的實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上上(如圖實(shí)如圖

13、實(shí)25所示所示)，并選用縫間距，并選用縫間距d0.20 mm的雙縫的雙縫屏從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離屏從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離L700 mm.然后，接通電源使光源正常工作然后，接通電源使光源正常工作圖實(shí)圖實(shí)25圖實(shí)圖實(shí)26圖實(shí)圖實(shí)27 (1)已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分分度某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)量頭的目鏡看去，第一次映入眼度某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)量頭的目鏡看去，第一次映入眼簾的干涉條紋如圖實(shí)簾的干涉條紋如圖實(shí)26(a)所示，圖實(shí)所示，圖實(shí)26(a)中的數(shù)字是中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號(hào)，此時(shí)圖實(shí)該同學(xué)

14、給各暗紋的編號(hào)，此時(shí)圖實(shí)26(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x11.16 mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖實(shí)；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖實(shí)27(a)所示所示 ，此時(shí)圖實(shí)，此時(shí)圖實(shí)27(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2_mm； (2)利用上述測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋利用上述測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋(或暗紋或暗紋)間的距離間的距離x_mm；這種色光的波長(zhǎng)；這種色光的波長(zhǎng)_nm. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)(1)主尺讀數(shù)為主尺讀數(shù)為15 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為，游標(biāo)尺讀數(shù)為10.02 mm0.02 mm，二者相加即可，二者相加即可 (2)由于圖中數(shù)字標(biāo)記的是暗條紋，首先應(yīng)根據(jù)暗條由于圖中數(shù)字標(biāo)記的是暗條紋，首先應(yīng)根據(jù)暗條紋所標(biāo)數(shù)字給亮條紋也標(biāo)明條數(shù)，若圖實(shí)紋所標(biāo)數(shù)字給亮條紋也標(biāo)明條數(shù)，若圖實(shí)26的圖的圖(a)中中的中央刻線所對(duì)亮條紋記為第的中央刻線所對(duì)亮條紋記為第1條，則圖實(shí)條，則圖實(shí)27的圖的圖(a)中的中央刻線所對(duì)亮紋為中的中央刻線所對(duì)亮紋為n7，則，則x 2.31 mm，光的波長(zhǎng)光的波長(zhǎng) 6.6102 nm.答案答案(1)15.02(2)2.316.6102