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测波长实验

2.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0.700 m.分划板中心刻线对第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10-3m.第四条亮条纹所在的位置为7.470×10-3m.则红光的波长为__________.若改用蓝光做实验,其他条件不变,则干涉条纹宽度将变__________(填“宽”或“窄”).
13.4:实验:用双缝干涉测量光的波长
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知识回顾
1、产生干涉的两个必要条件是:____________________________________;_____________________________________。
2、在光的双缝干涉试验中,光屏上到两个光源的路程差等于_________的地方,出现亮条纹;光屏上到两个光源的路程差等于_______________的地方,出现暗条纹。
4.在双缝干涉实验中,设单缝宽度为h,双缝距离为d,双缝与屏距离为l,当采取下列四组数据中的哪一组时,可在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹()
A.h=1 cmd=0.1 mml=1 m
B.h=1 mmd=0.1 mml=10 cm
C.h=1 mmd=10 cml=1 m
D.h=1 mmd=0.1 mml=1 m
③用米尺测量双缝到屏的距离;
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意_________________________.
(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图13-3-10甲所示,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图13-3-10乙中手轮上的示数为_______________mm,求得相邻亮纹的间距Δx=__________mm.
5.在双缝干涉的实验中,入射光的频率为5×1014Hz,从双缝射出的两束光到达屏上某点的路程差为15 000,该点将出现什么样的条纹?
拓展训练
6.某同学在用双缝干涉仪做双缝干涉实验时,测得双缝间距d=3.0×10-3m,双缝到光屏间的距离为1 m,前两次测量手轮上的示数分别为0.6×10-3m和6.6×10-3m,两次测量中分划板中心刻线分别对齐第一条亮纹和第五条亮纹中心如图4。求该单色光的波长。
学习目标
1、了解“用双缝测量光的波长”的实验原理,知道影响干涉条纹宽度的因素
2、经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程,加深对双缝干涉图样的认识和理解,养成合作意识。
重点、难点
重点:利用两相邻亮条纹中心间距的表达式测单色光的波长
难点:相邻两条亮条纹间距的的表达式推导
基础达标
1、在相邻亮条纹距离的表达式的导出过程中,忽略了狭缝的宽度,是因为___________________________,另外推导中还用到了几个关系:当角度 很小时,用弧度表示的 与它的_________、___________,三者近似相等。
学法指导
在推导相邻亮条纹距离公式时应对数据进行合理的近似,特别要把近似的前提条件讲清楚。第一个近似是直角近似,前提是两缝距离远小于缝到屏的距离;第二个近似是正切值约等于正弦值,前提是角度足够小。
问题探究
探究一:根据公式△x= 可以看出,改变什么条件可以增大相邻亮条纹的距离以便于测量?
探究二:本实验所需器材有哪些?在这些器材中,哪些条件可以改变?哪些难以改变?
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
训练拓展
基础练习
1.在利用双缝干涉测光波波长时,首先调节__________、__________和__________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相互平行,当屏幕上出现了干涉图样后,用测量头上的游标卡尺测出n条明纹的距离a,则两条明条纹间的距离Δx=__________,双缝到毛玻璃屏的距离l用__________测量,用公式__________可以计算出单色光的波长.
3.用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件:A.白炽灯,B.单缝片,C.光屏,D.双缝,E.滤光片.(其中双缝和光屏连在遮光筒上)
(1)把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:A__________(A已写好).
(2)正确调节后,在屏上观察到红光干涉条纹,测量出10条红亮纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,测量出10条绿亮纹间的距离为b,则一定有__________大于__________.
图4
7.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光C、单缝D和透红光的滤片E等元件,要把它们放在图5所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.
图5
(1)本实验的步骤有:
①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;
图2
A.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.
研究三:不同颜色的单色光的干涉条纹会有什么不同?请你作出猜想,并在后面的实验中验证。如用白光,干涉条纹又会是什么样?
典例分析
知识点一利用双缝干涉测量波长的实验
例1如图2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( )
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=9.0 mm/(7-1)=9.0 mm/6=1.5×10-3m
用Δx=1.5×10-3m及双缝间距d=0.06 cm=6×10-4m,缝到屏的距离l=1.5 m
代入λ= Δx可得:λ=6×10-7m.
误区警示容易犯的错误是:两个相邻条纹间距Δx=9.0 mm/7,错误的原因是没搞清楚条纹数和间距数的关系.
变式训练2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
(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Байду номын сангаас之间的距离
知识点二条纹间距、双缝间距、缝屏间距、波长的关系
例2用单色光照射双缝,双缝间距等于0.06 cm,缝到屏的距离为1.5 m,若测得屏上7条亮条纹之间共相距9.0 mm,则此单色光的波长是多少?
图13-3-10
(3)已知双缝间距d为2.0×10-4m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算式λ=_______,求得所测红光波长为____________m.
学后反思
1、我的疑问
2、我的感悟
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.
变式训练1:如图:3所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.
图3
(1)图中①是光源,⑤是光屏,它们之间的②③④依次是_______、_______和________。
2、实验装置采用双缝干涉仪,它由各部分光学元件在光具座上组成,如图1所示.
图1
根据公式__________可计算波长,双缝间的距离d是已知的,双缝到屏的距离l可以用米尺测出,相邻两条亮(暗)纹间的距离Δx用测量头测出.
3、实验中,滤光片作用:__________;单缝作用__________;双缝作用是获得___________光源;单缝和双缝放置时应__________.其中心大致位于遮光筒的__________上.
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