4-2用光的干涉测光的波长.docx

第4章光的波动性4.2用光的干涉测光的波长【学习目标】1. 知识与技能：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。2. 过程与方法：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 x与双缝距离(Q)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Ax =-入测量光的波长，这是一种间接测量法，即把不易直接测 d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。3. 情感态度与价值观：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. 双缝干涉使用说明书(1) 双缝干涉实验仪器结构及使用方法(2) 实验原理：Ax =-入 式中各物理量的含义d(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，则相邻两条纹间的间距为SA x =n 一 1(5) 根据人=-ax计算得出光的波长L2. 表达式A x =-入的理论推导与物理含义d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。3. 各种色光在真空中的波长范围红色光(700620nm )，橙色光(620600nm )， 黄色光(600580nm )， 绿色光(580490nm )，蓝色光(490450nm)，紫色光(600580nm )*红色光*橙色光*黄色光*绿色光*蓝色光*紫色光【方法举例】1.公式A x =-人的应用 d(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Ax最大， 紫光Ax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，缝间距为0.45mm，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 Ax = 可得 x = * * 1° 3 = 1.5 x 10 -3 m，n - 111 - 1 dd0.45由人=Ax，得X = Ax = x 1.5 x 10 -3 = 5.9 x 10 -7 mLL1150说明要求理解Ax = LX的物理意义，在运算时注意单位的统一。d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Ax = L X可知换绿光做双缝干涉实验，Ax减小， d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Ax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Ax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Ax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Ax = L X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 d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：A .白炽灯B .双窄缝 片C .单窄缝片D .滤光片E .毛玻璃光屏（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）。（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图 4-2-1（3）如果上述实验中双缝与光屏间距为0.5m，所用的双窄缝片是相距0 .18mm规格 的双窄缝片，则实验中所用单色光的波长为 以m .（结果保留3位有效数字）。解析（1） ADCBE （2） a纹位置（图甲）的手轮读数1.789mm(3)c 纹位置(图乙)的手轮读数 4.940mm， x = 4,940 1,789 = 1.576 mm2人=Ax = 0118x 1.576 x 10 -3 = 0.567 x 10 -6 = 0.567 以mL 500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1. 同一装置，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2. 用绿光做双缝干涉实验，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x。下列说法中正确的有()(A) 如果增大单缝到双缝间的距离，Ax将增大(B) 如果增大双缝之间的距离，Ax将增大(C) 如果增大双缝到光屏之间的距离，Ax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，Ax将增大3. 在光的双缝干涉实验中，以下说法正确的是()(人)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(0将入射光由绿光改为红光，则条纹间隔变宽(。)将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽4. 关于光的干涉现象，下列说法中正确的是()(人)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5. 用单色光做双缝干涉实验，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6. 在利用双缝干涉测光的波长的实验中，当分划板中心刻线对齐某明条纹的中心时，记下 此时手轮上的读数打；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。利用刻度尺测出双缝到屏的距离/，要求出相应光波的波长刀还需已知的 物理量是 。如果这一已知量用x表示，则A的数学表达式是。7. 如图4-2-2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，单缝和双缝之间的方向关系是.某同学在做该实验时，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，已知双缝间距为0.5mm，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。求离双缝2m远处的观察屏8.一波长为0.55 m的绿光入射到间距为0.2mm的双缝上，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?9.在双缝干涉实验中，已知双缝间距离是0.2 mm，双缝到光屏的距离为80 cm。某单色 光的干涉图样中第一条亮纹中央到第四条亮纹中央的距离为7.80 mm，据此求单色光的波长 是多少?【能力提高站】一、选择题1. 某同学按实验装置安装好仪器，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2. 某学生用两支相同的手电筒射出的光作为光源做双缝干涉实验，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3. 用白光做双缝干涉实验时，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4. 在双缝干涉实验实验中，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（0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（。）将双缝稍微向远离单缝的方向移动少许，干涉现象更清晰(A) v 4(B) v = LIA tA x A t/八、l A xl A t(C) v =(D) v =人A t人Ax5. 激光散斑测速是一种崭新的测速技术，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v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l以及相邻两条 亮纹间距 x，若所用激光波长为人，则该实验确定物体运动速度的表达式是有下面几种说法：光源滤光片单缝双缝遮光筒 屏二、填空题6. 利用图4-2-3中装置研究双缝干涉现象时，A、将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄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，干涉条纹间距变窄图 4-2-3E、去掉滤光片后，干涉现象消失其中正确的是：。7. 现有毛玻璃屏（人）双缝（8）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。（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。图 4-2-4（2）本实验的步骤有： 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； 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; 用米尺测量双缝到屏的距离 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。在操作步骤时还应注意 和。（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 mm，求得相 邻亮纹的间距 x为 mm。（4）已知双缝间距d为2.0 x 10 -4 m，测得双缝到屏的距离L为0.700m，由计算式人=，求得被测红光波长为 nm。三、计算题8. 在空间，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I，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Ax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Ax = 1人 d9. 1801年，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，M为一平面镜.试用平面镜成像 作图法在答题卡上画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域.（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，光的波长为刀 在光屏 上形成干涉条纹.写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离&的表达式。光屏Sa