1.會(huì)根據(jù)干涉條紋的間距和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系,確定測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)思路.2.能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并正確操作實(shí)驗(yàn)器材,得到明顯的干涉條紋.3.知道兩種測(cè)量頭的操作和讀數(shù)規(guī)則,并獲得數(shù)據(jù).4.對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,得到波長(zhǎng)的測(cè)量值.
本節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)是做好“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的學(xué)生實(shí)驗(yàn),教材先介紹了實(shí)驗(yàn)思路,再介紹用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)所需要的物理量的測(cè)量,最后闡述實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析.可以先讓學(xué)生回顧雙縫干涉條紋的間距和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系,分析討論實(shí)驗(yàn)思路,制訂實(shí)驗(yàn)方案,引導(dǎo)學(xué)生最大限度地自主完成實(shí)驗(yàn).
(2)實(shí)驗(yàn)中,雙縫間的距離d是已知的,雙縫到屏的距離l可以用　　　　測(cè)出,相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx用　　　　測(cè)出.?【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、毛玻璃光屏)、測(cè)量頭、學(xué)生電源、導(dǎo)線、　　　　.?
【物理量的測(cè)量】1.安裝、調(diào)節(jié)雙縫干涉儀,實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-4-1所示,使各部件水平、　　　　,讓單縫與雙縫間的距離在8 cm左右.?2.觀察白光的雙縫　　　　現(xiàn)象.?3.用單色光入射得到干涉條紋,如圖4-4-2所示.轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,分劃板會(huì)左右移動(dòng),使分劃板中心刻線對(duì)齊某亮條紋的　　　　,測(cè)出n個(gè)亮條紋間的距離a,則相鄰兩亮條紋間的距離為Δx=　　　　.?
4.利用已知的雙縫間距d,用刻度尺測(cè)出雙縫到屏的距離l,根據(jù)公式λ=　　　　計(jì)算出波長(zhǎng).?5.更換d值不同的雙縫,觀察干涉條紋間距的變化,并求出相應(yīng)的　　　　.?6.更換不同顏色的濾光片,觀察干涉條紋間距的變化,并求出相應(yīng)的　　　　.?
[解析]放上單縫和雙縫后,由于發(fā)生干涉現(xiàn)象,沒(méi)法調(diào)節(jié)光源的高度,故A項(xiàng)錯(cuò)誤.
(2)測(cè)量某亮紋位置時(shí),手輪上的示數(shù)如圖4-4-4所示,其示數(shù)為　　　　mm.?
[解析]按讀數(shù)規(guī)則,讀出示數(shù)為1.5 mm+47.0×0.01 mm=1.970 mm.
例2 某同學(xué)在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中,使用的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4-4-5甲所示.使用的雙縫的間距為0.025 cm.實(shí)驗(yàn)時(shí),首先調(diào)節(jié)　　　和　　　　　的中心位于遮光筒的中心軸線上,并使　　　　和　　　　相互平行.當(dāng)屏上出現(xiàn)干涉圖樣后,通過(guò)測(cè)量頭(與螺旋測(cè)微器原理相似,手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周,分劃板前進(jìn)或后退0.500 mm)觀察第一條亮條紋時(shí),手輪的位置如圖乙所示,觀察第五條亮條紋時(shí),手輪的位置如圖丙所示,測(cè)出雙縫與屏的距離為50.00 cm,則待測(cè)光的波長(zhǎng)λ=　　　nm.?
變式 [2020·福建廈門(mén)一中期中] 某同學(xué)在做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn),第一次分劃板中心刻線對(duì)齊第2條亮條紋的中心時(shí)(如圖4-4-6甲中的A),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,第二次分劃板中心刻線對(duì)齊第6條亮條紋的中心時(shí)(如圖丙中的B),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示.已知雙縫間距d=0.5 mm,雙縫到屏的距離l=1 m,則:(1)圖乙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為　　　　cm.?
[解析]圖乙中游標(biāo)卡尺的固定刻度讀數(shù)為1.2 cm,游標(biāo)尺讀數(shù)為10×0.05 mm=0.50 mm=0.050 cm,所以最終讀數(shù)為1.2 cm+0.050 cm=1.250 cm.
變式 [2020·福建廈門(mén)一中期中] 某同學(xué)在做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn),第一次分劃板中心刻線對(duì)齊第2條亮條紋的中心時(shí)(如圖4-4-6甲中的A),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,第二次分劃板中心刻線對(duì)齊第6條亮條紋的中心時(shí)(如圖丙中的B),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示.已知雙縫間距d=0.5 mm,雙縫到屏的距離l=1 m,則:(2)圖丁中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為　　　　cm.?
[解析]圖丁中游標(biāo)卡尺的固定刻度讀數(shù)為1.7 cm,游標(biāo)尺讀數(shù)為15×0.05 mm=0.75 mm=0.075 cm,所以最終讀數(shù)為1.7 cm+0.075 cm=1.775 cm.
變式 [2020·福建廈門(mén)一中期中] 某同學(xué)在做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn),第一次分劃板中心刻線對(duì)齊第2條亮條紋的中心時(shí)(如圖4-4-6甲中的A),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,第二次分劃板中心刻線對(duì)齊第6條亮條紋的中心時(shí)(如圖丙中的B),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示.已知雙縫間距d=0.5 mm,雙縫到屏的距離l=1 m,則:(3)所測(cè)光波的波長(zhǎng)為　　　　m(保留兩位有效數(shù)字).?
【注意事項(xiàng)】1.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)各器件共軸,否則光無(wú)法到達(dá)光屏.2.放置單縫和雙縫時(shí),必須使單縫與雙縫平行.3.測(cè)量條紋間距時(shí),測(cè)量頭分劃板的中心刻線要對(duì)準(zhǔn)亮條紋(或暗條紋)的中心.
1.用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),已知雙縫間距離d=0.20 mm,雙縫到毛玻璃屏間的距離為L(zhǎng)=75.0 cm,如圖甲所示,實(shí)驗(yàn)時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)如圖乙所示的測(cè)量頭上的手輪,使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線對(duì)準(zhǔn)如圖丙所示的第1條明條紋,此時(shí)游標(biāo)卡尺如圖戊所示,則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x1=　　mm,然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線向右邊移動(dòng),直到對(duì)準(zhǔn)第5條明條紋,如圖丁所示,此時(shí)游標(biāo)卡尺如圖己所示,則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x2=　　　mm,由以上已知數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù),可以計(jì)算出該單色光的波長(zhǎng)是　　　　　　mm.?
2.現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片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)元件的字母及排列順序應(yīng)為C、　　　　　　　、A.?
[解析]由裝置圖可知為E、D、B.
(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有:①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源亮度,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用刻度尺測(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中還應(yīng)注意　　　　和　　　　相互平行.?
[解析]單縫和雙縫應(yīng)互相平行.
(3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對(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,記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)為　　　　mm,求得相鄰亮條紋的間距Δx為　　　　mm.?
(4)已知雙縫間距d為2.0×10-4 m,測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700 m,由計(jì)算式λ=?　　　,求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為　　　　　mm.?
3.在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”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,如圖甲所示,并選用縫間距d=0.2 mm的雙縫屏.從儀器注明的規(guī)格可知,毛玻璃屏與雙縫間的距離l=700 mm.然后,接通電源使光源正常工作.
(1)已知測(cè)量頭(與游標(biāo)卡尺類(lèi)似)主尺的最小刻度是毫米,游標(biāo)尺上有50個(gè)分度.某同學(xué)調(diào)整手輪后,從測(cè)量頭的目鏡看去,第1次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗條紋的編號(hào),此時(shí)圖乙(b)中的讀數(shù)x1=1.16 mm;接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時(shí)圖丙(b)中的讀數(shù)x2=　　　　mm.?
[解析]由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知x2=(15.0+3×0.02) mm=15.06 mm.
(2)利用上述測(cè)量結(jié)果,經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離Δx=　　　　mm;這種色光的波長(zhǎng)λ=　　　　nm.?
1.(器材的安裝)(多選)某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),按裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于(　　)A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.沒(méi)有安裝濾光片C.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強(qiáng)
[解析] 安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要注意:光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合,光源與光屏正面相對(duì),濾光片、單縫和雙縫的中心位置在遮光筒軸線上,單縫與雙縫要相互平行,才能使實(shí)驗(yàn)成功.當(dāng)然還要保證光源發(fā)出的光束不要太暗,而濾光片是為了得到單色光,選項(xiàng)A、C正確.
2.(對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解)在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,能增大條紋間距的做法是(　　)A.改用頻率更高的光波B.改用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光波C.增大雙縫間距D.減小雙縫到光屏的距離
3.(實(shí)驗(yàn)操作)(多選)某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后,成功地觀察到光的干涉現(xiàn)象.若他在此基礎(chǔ)上對(duì)儀器進(jìn)行如下幾種改動(dòng),還能使實(shí)驗(yàn)成功的是(　 　)A.將遮光筒內(nèi)的光屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)少許,其他不動(dòng)B.將遮光筒內(nèi)的光屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)少許,其他不動(dòng)C.將單縫向雙縫移動(dòng)少許,其他不動(dòng)D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動(dòng)
[解析] 光屏靠近或遠(yuǎn)離雙縫時(shí),l減小或增大,仍能出現(xiàn)干涉條紋,只是條紋寬度減小或增大;改變單縫與雙縫之間的距離時(shí),干涉條紋不變;將單縫與雙縫的位置互換時(shí),只有一個(gè)光源,所以不能產(chǎn)生干涉,故A、B、C正確,D錯(cuò)誤.
4.(數(shù)據(jù)處理)圖4-4-7甲是利用雙縫干涉測(cè)某單色光波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置.測(cè)得雙縫到毛玻璃屏的距離為0.2 m,雙縫的距離為0.4 mm.圖乙是通過(guò)該儀器的觀測(cè)裝置看到毛玻璃屏上的干涉圖樣,其中1、2、3、4、5、……是亮條紋的編號(hào).
圖丙、圖丁是利用該儀器測(cè)光的波長(zhǎng)時(shí)觀察到的情景,圖丙是測(cè)第1條亮條紋時(shí)手輪的位置,此時(shí)觀測(cè)裝置上手輪的讀數(shù)為　　　　　　　　　　　mm,圖丁是測(cè)第4條亮條紋時(shí)手輪的位置,此時(shí)觀測(cè)裝置上手輪的讀數(shù)為　　　　　　　　　　　mm.根據(jù)上面測(cè)出的數(shù)據(jù)可知,被測(cè)光的波長(zhǎng)為　　　　　　　　nm.?
0.510(0.508~0.512均可)
1.510(1.508~1.512均可)
666(663~669均可)

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4 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)

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