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2019-2020年高中物理
13.3用双缝干涉测量光的波长学案新人教版选修3-4【学习目标】
1. 知道光的色散现象
2. 知道白光由不同的色光组成
3. 知道同一介质对不同的色光折射本领不同
4. 知道白光通过三棱镜折射后,色散光谱的七色排列顺序【自主学习】想一想测量光的波长是光的干涉现象的应用之一,我们是如何应用光的干涉来测量的呢?点一点如图2所示,由几何关系可知光程差,当两束光的路程差为波长的整数倍时才会出现亮条纹,即亮条纹中心的位置为,则两个相邻亮条纹或暗条纹的中心间距是,即条纹宽度与l、d、有关由以上分析可知干涉条纹的宽度是指两亮条纹或两暗条纹中心线之间的距离填一填观察光的干涉图样时要按课本54页图
13.3-2安装好,并使光源、单缝和双缝的中点、遮光筒的轴线共线,单缝与双缝要相互平行,由双缝与屏间的距离不变的情况下,双缝的距离d越大,某一单色光的干涉条纹宽度就越窄;在条件相同的情况下,不同颜色的光的干涉条纹宽度也就不同填一填由于双缝间距d是已知的,而双缝到屏的距离l可用米尺来测量,条纹宽度可用测量头测量,则波长,由此即可测量光的波长议一议测量头实际上是一个螺旋测微器,测量时应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐,记下此时的读数,然后使分划板的中收刻线与另一亮条纹的中心对齐,记下此时的读数,为减小实验误差可测量n个条纹宽度为a,则两条相邻亮条纹的宽度(条纹宽度)议一议换用不同的滤光片并测出相应的波长,你有什么发现呢?典题·热题知识点一利用双缝干涉测量波长的实验例1如图13-3-4所示是实验装置示意图,甲图是用绿光进行实验的,光屏上观察到的条纹情况,a为中央明纹;乙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况,b为此时中央明条纹,则下列说法正确的是图13-3-4A.乙图可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短D.乙图可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短解析在同一实验装置下,l、d相同,由Δx=λ可知,相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与λ成正比.由题意知乙中b大于甲中a,所以乙图所用光的波长要长,而对于可见光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,波长依次变短,由此可知可能是红光而不是紫光.A选项正确.答案A方法归纳明确条纹间距公式Δx=λ中各物理量的意义,通过实验观察和理论总结理解条纹间距与波长成正比关系,是解决本题的关键.例2如图13-3-5所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.图13-3-5
(1)图中
①是光源,
⑤是光屏,它们之间的
②③④依次是、和.
(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离()A.增大
③和
④之间的距离B.增大
④和
⑤之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片D.增大双缝之间的距离解析在光的干涉测波长的实验中,光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头.由Δx=λ可知,相邻两条纹间距离与双缝间的距离成反比,应减小双缝之间的距离,D选项错,增大双缝到屏之间的距离,B选项正确,增大光的波长,C选项错误.答案
(1)滤光片单缝双缝
(2)B方法归纳掌握光的干涉测波长的实验原理,熟悉实验步骤,正确运用公式计算光的波长.知识点二条纹间距、双缝间距、缝屏间距、波长的关系例3在用单色光做双缝干涉实验中,屏中央(到两缝距离相等处)是亮条纹,称为第零级亮条纹,紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹,那么()A.第三级暗纹到两缝距离差为波长的
1.5倍B.第三级亮纹到两缝距离差为波长的
1.5倍C.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍D.第三级亮纹到两缝距离差为波长的3倍解析根据出现明暗条纹的条件当|S2P-S1P|=nλ时,在屏上P点出现亮条纹.n=0时,在屏中央出现第零级亮纹,n=1时,在屏上出现第一级亮纹.以此类推,|S2P′-S1P′|=2n-1在屏上出现暗条纹.n=1时,在屏上出现第一级暗纹,n=2时,在屏上出现第二级暗纹.以此类推,根据以上所述,答案应选D.答案D误区警示本题只需掌握出现明、暗条纹的条件及出现第几级明(暗)纹时,n就是几.易错点是切不可把|S2P′-S1P′|=2n-1记作|S2P′-S1P′|=2n+
1.例4用单色光照射双缝,双缝间距等于
0.06cm,缝到屏的距离为
1.5m,若测得屏上7条亮条纹之间共相距
9.0mm,则此单色光的波长是多少?解析先通过已知条件得出两个相邻条纹间距Δx,然后利用公式λ=Δx进行计算.答案两个相邻条纹间距Δx=
9.0mm/(7-1)=
9.0mm/6=
1.5×10-3m用Δx=
1.5×10-3m及双缝间距d=
0.06cm=6×10-4m,缝到屏的距离l=
1.5m代入λ=Δx可得λ=6×10-7m.1.在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),这时()A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但在屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮2.用单色光做双缝干涉实验,下列说法正确的是()A.相邻干涉条纹之间距离相等B.中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍C.屏与双缝之间距离减小,则屏上条纹间的距离增大D.在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距3.如图1所示,用波长为的单色光做双缝干涉实验时,设两个狭缝S
1、S2到屏上某点P的路程差为d,则()A.距O点最近的一条暗纹必是d=/2B.对屏上某点d=n/2(n为正整数)时,出现暗纹C.距O点越远的点d越长,就越容易出现暗条纹D.用各色光在同一条件下实验,波长越短的色光条纹间距越小4.某学习小组为探究影响干涉条纹宽度的因素,在实验室用蓝光做了双缝干涉实验,在光屏上呈现出蓝、暗相间的平行条纹,设相邻两条蓝条纹间的距离为Δx你认以下结论中正确的是( )A.单缝到双缝间的距离越大,Δx就越大B.双缝之间的距离越大,Δx就越大C.双缝到光屏之间的距离越大,Δx就越大D.双缝间的距离不变,双缝的每条缝的宽度越大,Δx就增大5.在利用双缝干涉测定光波波长时,首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上,并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后,用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a,则两条相邻明条纹间的距离Δx=________,双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量,用公式________可以测出单色光的波长6.用红光做光的干涉实验时,已知双缝间的距离为
0.2×10-3m,测得双缝到屏的距离为
0.700m,分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为
0.200×10-3m,第四级亮条纹所在位置为
7.470×10-3m,求红光的波长.若改用蓝光做实验,其他条件不变,则干涉条纹宽度如何变化?
7.用双缝干涉测光的波长实验装置如图2(甲)所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100mm,双缝与屏的距离L2=700mm,双缝间距d=
0.25mm用测量头来测量亮纹中心的距离测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心如图2(乙)所示,记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图2(丙)所示,则对准第1条时读数x1=_______mm、对准第4条时读数x2=_______mm
(2)写出计算波长λ的表达式,_____nm.8.用氦氖激光器进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间距离,双缝到屏的距离,测得屏上干涉条纹中亮条纹的间距,氦氖激光器发出的红光的波长是多少?假如把整个装置放入折射率是的水中,这时屏上的条纹间距是多少?图2图1光源滤光片单缝双缝遮光筒屏(甲)L1L215205100202515(丙)第1条时读数第4条时读数1520510030354045(乙)图2。