用光的干涉测光的波长.doc

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【学****目标】
:理解用双缝干涉实验测定光的波长的原理,能正确操作实验来测定光的波长。
:通过实验认识到不同颜色的光对应不同的波长,从实验中定性得到条纹间距与双缝距离(D)两屏距离L、光的波长的关系,并能理论推导之,形成理论与实践相统一的思想。应用测量光的波长,这是一种间接测量法,即把不易直接测量的物理量转化为易直接测量的量,这是物理学上常用的方法之一。
:渗透科学家认识事物科学的物理思维方法,获取以科学实验追求真理的情感体验。
【要点导学】

(1)双缝干涉实验仪器结构及使用方法
(2)实验原理:式中各物理量的含义
(3)先调整光源、测量光筒共轴,再在光源后放上单缝、滤光片、双缝,并调整单缝、双缝的缝宽与高度,在光屏上得到干涉条纹。
(4)用测量目镜测出n条亮条纹(或暗条纹)间的距离s,则相邻两条纹间的间距为
(5)根据计算得出光的波长

在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条件下,光波的波长越长,各条纹之间的距离越大,条纹间距与光波的波长成正比。

红色光(700~620nm),橙色光(620~600nm),黄色光(600~580nm),
绿色光(580~490nm),蓝色光(490~450nm),紫色光(600~580nm)
红色光>橙色光>黄色光>绿色光>蓝色光>紫色光
【方法举例】

(1)利用此公式可以测定单色光的波长。
(2)用同一双缝干涉装置做实验,选用不同颜色的滤光片做实验,得到红光Δx最大,紫光Δx最小。由此可知红光的波长最大,紫光的波长最小;用白光作双缝干涉实验时,由于白光中各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中央是白色亮纹,两边出现彩色条纹,其中最靠近中央白色亮纹的是紫色亮纹。
(3)双缝间的距离d大约为3-4mm,单缝与双缝间的距离大约5-10cm。
例1在双缝实验中,,观察屏离缝115cm,现用读数显微镜测得11个亮纹之间的距离为15mm,试求所用波长?
[解析]根据题意11个亮纹之间的距离为15mm,
由可得m,
由,得m
[说明]要求理解的物理意义,在运算时注意单位的统一。
例2用红光做双缝干涉实验,在屏上P点出现第三条亮条纹,则()
(A)如果换绿光做双缝干涉实验,第三条亮条纹出现在P点的下方
(B)如果增大双缝到光屏之间的距离,第三条亮条纹出现在P点的下方
(C)如果增大双缝的每条缝的宽度,第三条亮条纹出现在P点的下方
(D)如果增大双缝的间的距离,第三条亮条纹出现在P点的下方
[解析]绿光的波长比红光的波长短,由可知换绿光做双缝干涉实验,减小,因此绿光的第三条亮条纹出现在P点的下方,A选项正确;如果增大双缝到光屏之间的距离L,则增大,第三条亮条纹出现在P点的上方,B选项错误;如果增大双缝的每条缝的宽度,则不变,条纹位置不变,C选项错误;如果增大双缝的间的距离d,则减小,第三条亮条纹出现在P点的下方,D选项正确。本题正确选项(A)、(D)。
[说明]是判断条纹位置的重要依据。如果调节双缝的每条缝的宽度与调节双缝的间的距离不能混淆。
例3在用双缝干涉测光的波长的实验中,准备了下列仪器:
(1)把以上仪器安装在光具座上,自光源起合理的顺序是_________(填字母)。
图4-2-1
(2)在某次实验中,用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹,其中亮纹a、c的位置利用测量头上的分划板确定,如图4-2-1所示,其中表示a纹位置(图甲)的手轮读数为___________mm
(3),,则实验中所用单色光的波长为____μm.(结果保留3位有效数字)。
[解析](1)ADCBE(2)a纹位置(图甲)
(3)c纹位置(图乙),mm
μm
[说明]通过实验操作掌握用间接测量的方法测量微小物理量。
【基础训练营】
一、选择题
,用不同颜色的光做双缝干涉实验,下列说法正确的是()
(A)由于红光的波长最长,所以用红光做双缝干涉实验时,得到的条纹间距最大
(B)由于红光的波长最长,所以用红光做双缝干涉实验时,得到的条纹间距最小
(C)由于紫光的波长最短,所以用紫光做双缝干涉实验时,得到的条纹间距最小
(D)由于黄光的波长比蓝光的波长长,所以用黄光做双缝干涉实验时,得到的条纹间距比用黄光做双缝干涉实验时得到的条纹间距大
,在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹,相邻两条绿条纹间的距离为Δx。下列说法中正确的有()
(A)如果增大单缝到双缝间的距离,Δx将增大
(B)如果增大双缝之间的距离,Δx将增大
(C)如果增大双缝到光屏之间的距离,Δx将增大
(D)如果减小双缝的每条缝的宽度,而不改变双缝间的距离,Δx将增大
,以下说法正确的是()
(A)使双缝间距离变小,则条纹间隔变宽
(B)使屏与双缝间距离变小,则条纹间隔变宽
(C)将入射光由绿光改为红光,则条纹间隔变宽
(D)将入射光由绿光改为紫光,则条纹间隔变宽
,下列说法中正确的是()
(A)在双缝干涉实验中,亮条纹的宽度是不等的
(B)在双缝干涉实验中,把入射光由红色光换成紫色光,相邻亮条纹间距变宽
(C)只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象
(D)频率不相同的两列光也能发生干涉现象
,下列说法中正确的是()
(A)中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍
(B)相邻干涉条纹之间的距离相等
(C)在实验装置不变的情况下,红光的两相邻明条纹间距小于蓝光的两相邻明条纹间距
(D)屏与双缝之间的距离减小,则屏上两相邻明条纹间的距离增大
二、填空题
,当分划板中心刻线对齐某明条纹的中心时,记下此时手轮上的读数p1;转动测量头使分划板中心刻线对齐第4条明纹的中心时,记下此时手轮上的读数p2。利用刻度尺测出双缝到屏的距离l,要求出相应光波的波长λ,还需已知的物理量是。如果这一已知量用x表示,则λ的数学表达式是_______。
-2-2甲所示,是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置,滤光片的作用是_____,单缝的作用是_______________,双缝的作用是______________,,第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图1),游标卡尺的示数如图4-2-2乙所示,第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图2),游标卡尺的示数如
图4-2-2丙所示,,从双缝到屏的距离为1m,则图4-2-2乙游标卡尺的示数为__________mm,图4-2-2丙游标卡尺的示数为_______________mm。实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是______________,所测单色光波长为___________m。
白炽灯
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
图4-2-2甲
图4-2-2乙
图4-2-2丙
三、计算题
,求离双缝2m远处的观察屏上干涉条纹的间距。若双缝距离增加到2mm,条纹间距又是多少?
,,双缝到光屏的距离为80cm。,据此求单色光的波长是多少?
【能力提高站】
一、选择题
,观察光的干涉现象获得成功,若他在此基础上对仪器的安装做如下改动,仍能使实验成功的是()
(A)将遮光筒内的光屏,向靠近双缝的方向移动少许,其它不动
(B)将滤光片移至单缝和双缝之间,其它不动
(C)将单缝向双缝移动少许,其它不动
(D)将单缝与双缝的位置互换,其它不动
,结果在光屏上看不到干涉花纹,其原因是()
(A)手电筒射出的光不是单色光(B)干涉图样太细小看不清楚
(C)周围环境的漫反射光太强(D)两个光源是非相干光源
,得到彩色的干涉条纹,下列正确的说法是:()
(A)干涉图样的中央亮纹是白色的
(B)在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹
(C)在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹
(D)在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关
,用红光照射双缝,在屏上得到明暗相间的干涉条纹,则()
(A)将黄光代替红光照射双缝,在屏上明暗条纹间距增大,条纹宽度增宽
(B)在波峰与波谷叠加的地方出现明条纹,在波谷与波谷叠加的地方出现暗条纹
(C)将双缝稍微向远离单缝的方向移动少许,屏上条纹间距将增大
(D)将双缝稍微向远离单缝的方向移动少许,干涉现象更清晰
,它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距,实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距,若所用激光波长为,则该实验确定物体运动速度的表达式是
(A)(B)(C)(D)
二、填空题
-2-3中装置研究双缝干涉现象时,有下面几种说法:
A、将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄
图4-2-3甲
B、将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变宽
C、将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽
D、换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄
E、去掉滤光片后,干涉现象消失
其中正确的是:_______________。
(A)双缝(B)白光光源(C)单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在图4-2-4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4-2-4甲
(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、、A。
(2)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,并使各无件的中心位于遮光筒的轴线上;
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时还应注意和。
图4-2-5
(3)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4-2-5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3中手轮上的示数mm,求得相邻亮纹的间距为mm。
(4)已知双缝间距d为,,由计算式,求得被测红光波长为nm。
三、计算题
,以上亮纹和暗纹的集合都是若干组双曲线。设双缝间距离为d,屏到双缝距离为l,屏上某点到中心点距离为x,在l>>d和l>>x的条件下,相邻亮纹或相邻暗纹间的距离Δx可以认为是相等的。请你理论推导证明:相邻亮纹(暗纹)间的距离
,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质,1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。
(1)洛埃镜实验的基本装置如图4-2-6所示,S为单色光源,.
光屏
L
s
a
M
图4-2-6
(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L,光的波长为λ,(或暗纹)间距离Δx的表达式。