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現(xiàn)代文閱讀Ⅰ
把握共性之“新”　打通應(yīng)考之“脈”
第四章　光及其應(yīng)用
第五節(jié)　用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)定光的波長(zhǎng)
[實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)]　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．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)．3．會(huì)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．
必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備
一、實(shí)驗(yàn)原理
如圖所示，與兩縫之間的距離d相比，每個(gè)狹縫都很窄，寬度可以忽略．
兩縫S1、S2的連線(xiàn)的中垂線(xiàn)與屏的交點(diǎn)為P0，
雙縫到屏的距離OP0＝L．相鄰兩個(gè)亮條紋或
暗條紋的中心間距是Δx＝????????λ．
?
已知雙縫間距d，再測(cè)出雙縫到屏的距離L和條紋間距Δx，就可以求得光波的波長(zhǎng)．
二、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、毛玻璃屏及測(cè)量頭，其中測(cè)量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線(xiàn)、刻度尺．
三、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示．
(2)接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光．
(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線(xiàn)到達(dá)光屏．
(4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線(xiàn)上，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距 5～10 cm，這時(shí)可觀察白光的干涉條紋．
(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋．
四、數(shù)據(jù)處理
(1)安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．
(2)使分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線(xiàn)移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝??????????????????????????．
(3)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間的距離L(d是已知的)．
(4)重復(fù)測(cè)量、計(jì)算，求出波長(zhǎng)的平均值．
?
五、誤差分析
(1)光波的波長(zhǎng)很小，Δx、L的測(cè)量對(duì)波長(zhǎng)λ的影響很大．
(2)在測(cè)量L時(shí)，一般用毫米刻度尺；而測(cè)Δx時(shí)，用千分尺且采用“累積法”．
(3)多次測(cè)量求平均值．
六、注意事項(xiàng)
(1)雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒、測(cè)量頭等元件．
(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦去．
(3)安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線(xiàn)上，并使單縫、雙縫平行且豎直，間距大約5～10 cm．
(4)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)：照在像屏上的光很弱的主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒不共軸線(xiàn)所致；干涉條紋不清晰的主要原因一般是單縫與雙縫不平行．
(5)測(cè)量頭在使用時(shí)應(yīng)使分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)應(yīng)著亮(暗)條紋的中心．
(6)光源燈絲最好為線(xiàn)狀燈絲，并與單縫平行靠近．
關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成
【典例1】　現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透某光的濾光片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)元件的字母排列順序應(yīng)為C、____________、A．
(2)本實(shí)驗(yàn)所用的濾光片應(yīng)選用________色濾光片，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量的物理量是__________________和_______________________．
E、D、B
紅
雙縫到屏的距離
n條亮(暗)條紋的距離
(3)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)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線(xiàn)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(xiàn)上；
③用米尺測(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(暗)條紋間的距離．
在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意__________________________________和____________________________________________．
單縫和雙縫間距為5～10 cm
使單縫與雙縫豎直且相互平行
[解析]　(1)濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線(xiàn)光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A．
(2)紅色濾光片能透過(guò)紅光，而吸收其他顏色的光，所以應(yīng)選用紅色濾光片.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量的物理量有：雙縫到屏的距離和n條亮(暗)條紋的距離．
(3)在操作步驟②時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有：放置單縫、雙縫時(shí)，必須使單縫與雙縫豎直且相互平行；單縫、雙縫距離為5～10 cm；要使光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線(xiàn)上．
【典例2】　在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，將所有器材按要求安裝在如圖甲所示的光具座上，然后接通電源使光源正常工作．已知實(shí)驗(yàn)中選用縫間距d＝0.2 mm 的雙縫，像屏與雙縫之間的距離L＝0.7 m．
(1)已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．用某單色光照射雙縫得到如圖乙所示的干涉圖樣，分劃板在圖中A、B位置時(shí)的游標(biāo)卡尺讀數(shù)分別如圖丙、圖丁所示， 求得相鄰亮紋之間的間距Δx＝________mm．
2.31
(2)利用題目中的已知量和測(cè)量結(jié)果就可算出這種單色光的波長(zhǎng)，其字母表達(dá)式為λ＝_______(用題目中已知量和測(cè)量量的字母表示)；代入數(shù)據(jù)，可計(jì)算出λ＝__________nm．
(3)下列現(xiàn)象中能夠觀察到的有________．
A．將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬
B．將光源向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬
C．換一個(gè)兩縫間距較大的雙縫屏，干涉條紋間距變窄
D．去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失
????????????????
?
660
AC
[解析]　(1)題圖丙的讀數(shù)為d1＝1 mm＋8×???????????? mm＝1.16 mm，題圖丁的讀數(shù)為d2＝15 mm＋1×???????????? mm＝15.02 mm，故相鄰亮條紋之間的距離為Δx＝?????????????????????＝2.31 mm．
(2)由公式Δx＝????????λ可得λ＝????????????????，代入數(shù)據(jù)可得λ＝660 nm．
?
(3)將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，根據(jù)公式Δx＝????????λ可得干涉條紋間距變寬，A正確；光源向雙縫移動(dòng)一小段距離，不會(huì)影響條紋間距，B錯(cuò)誤；增大雙縫的間距，d增大，干涉條紋間距變窄，C正確；去掉濾光片后，通過(guò)雙縫的不再是單色光，干涉現(xiàn)象不會(huì)消失，光屏上出現(xiàn)彩色的干涉條紋，故D錯(cuò)誤．
?
規(guī)律方法　測(cè)量Δx的方法
測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖所示，測(cè)量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，讓分劃板中心刻線(xiàn)與干涉條紋平行，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板向左(或向右)移動(dòng)至分劃板的中心刻線(xiàn)與條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，用同樣的方法測(cè)出n個(gè)亮紋間的距離a，則可求出相鄰兩亮紋間的距離Δx＝?????????????．
?
學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)
1．在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示)：
(1)下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是________．(填選項(xiàng)前的字母)
A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線(xiàn)照在屏中心時(shí)，應(yīng)放上單縫和雙縫
B．測(cè)量某條干涉亮條紋位置時(shí)，應(yīng)使測(cè)量頭分劃板中心刻線(xiàn)與該亮條紋的中心對(duì)齊
C．為了減少測(cè)量誤差，可用測(cè)量頭測(cè)出n條亮條紋間的距離a，求出相鄰兩條亮條紋間距Δx＝?????????????
?
A
(2)測(cè)量某亮條紋位置時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖所示，其示數(shù)為_(kāi)_________mm．
1.970
[解析]　(1)在調(diào)節(jié)光源高度時(shí)，放上單縫和雙縫后，由于發(fā)生干涉現(xiàn)象無(wú)法調(diào)節(jié)光源的高度，故A錯(cuò)誤．
(2)按讀數(shù)規(guī)則，讀出示數(shù)為1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm．
2．某同學(xué)在做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．
(1)某同學(xué)經(jīng)過(guò)粗略的調(diào)試后，出現(xiàn)了干涉圖樣，但不夠清晰，以下調(diào)節(jié)做法正確的是__________．
A．旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭
B．移動(dòng)光源
C．撥動(dòng)金屬撥桿
C
(2)該同學(xué)通過(guò)測(cè)量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線(xiàn)未對(duì)齊，如圖所示，若要使兩者對(duì)齊，該同學(xué)應(yīng)如何調(diào)節(jié)________．
A．僅左右轉(zhuǎn)動(dòng)透鏡
B．僅旋轉(zhuǎn)單縫
C．僅旋轉(zhuǎn)雙縫
D．僅旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭
D
(3)如圖所示中條紋間距表示正確的是________．
CE
[解析]　(1)使單縫與雙縫相互平行，干涉條紋將更加清晰明亮，所以需要左右移動(dòng)金屬撥桿，故選C．
(2)發(fā)現(xiàn)干涉圖樣里面的亮條紋與分劃板豎線(xiàn)未對(duì)齊，若要使兩者對(duì)齊，該同學(xué)應(yīng)調(diào)節(jié)測(cè)量頭，分劃板豎線(xiàn)隨之旋轉(zhuǎn)，可使分劃板豎線(xiàn)與亮條紋對(duì)齊，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確．
(3)條紋間距指的是相鄰兩條亮條紋的中心線(xiàn)的距離，或相鄰兩條暗條紋的中心線(xiàn)的距離，因此C、E正確．
3．如圖甲所示為“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)裝置，為使光屏上能觀察到清晰的干涉條紋．
(1)從左到右依次放置①光源、②綠色濾光片、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏．下列說(shuō)法正確的是________．
A．③、④分別是單縫、雙縫
B．減小雙縫之間的距離，可以增大相鄰暗條紋間的距離
C．應(yīng)先放上單縫和雙縫，再調(diào)節(jié)光源高度使光沿遮光筒軸線(xiàn)照在屏中心
D．屏上的干涉條紋與雙縫垂直
AB
(2)調(diào)節(jié)儀器使分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)一條亮條紋的中心，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______mm．
19.4
(3)該實(shí)驗(yàn)中，已知雙縫與屏的距離為L(zhǎng)，雙縫間距為d，測(cè)出n條亮條紋間的距離a，則單色光的波長(zhǎng)的表達(dá)式λ＝____________(用a、L、d、n表示)；將濾光片由綠色換成紅色，其他條件不變，則屏上干涉條紋的間距將________(選填“增大”“減小”或“不變”)．
?????????????????????
?
增大
[解析]　 (1)③、④分別是單縫、雙縫，故A正確；根據(jù)公式Δx＝????????λ，易知減小雙縫之間的距離，可以增大相鄰暗條紋間的距離，故B正確；在調(diào)節(jié)光源高度時(shí)，放上單縫和雙縫后，由于發(fā)生干涉現(xiàn)象無(wú)法調(diào)節(jié)光源的高度，故C錯(cuò)誤；屏上的干涉條紋與雙縫平行，故D錯(cuò)誤．
(2)調(diào)節(jié)儀器使分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)一條亮條紋的中心，其讀數(shù)為
19 mm＋4×0.1 mm＝19.4 mm．
?
(3)依題意，相鄰亮條紋間的距離為Δx＝?????????????，又Δx＝????????λ，聯(lián)立可得λ＝?????????????????????；將濾光片由綠色換成紅色，入射光的波長(zhǎng)變大，其他條件不變，則屏上干涉條紋的間距將增大．
?
4．如圖甲所示，利用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d＝0.4 mm，雙縫到光屏間的距離l＝0.5 m，實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋．
(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，下列措施可行的是________．
A．將單縫向雙縫靠近
B．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)
C．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)
D．使用間距更小的雙縫
C
(2)某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖乙所示．
①分劃板在圖中A位置時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為xA＝12.10 mm，在B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xB＝16.54 mm，相鄰兩亮(暗)條紋間距Δx＝________mm；
②該單色光的波長(zhǎng)λ＝________nm．
0.74
592
[解析]　(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，應(yīng)減小相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋間的距離，由Δx＝????????λ知，可增大雙縫間距d或減小雙縫到屏的距離L，則A、B、D錯(cuò)誤，C正確．
(2)①相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋間距Δx＝??????????????????????????＝????????.?????????????????.????????????????? mm＝0.74 mm．
②該單色光的波長(zhǎng)λ＝????????·????????＝????.????????×?????????????×????.????×?????????????????.???? m＝592 nm．
?
5．在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．
(1)某同學(xué)以線(xiàn)狀白熾燈為光源，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：
A．單縫和雙縫必須平行放置
B．干涉條紋與雙縫垂直
C．干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關(guān)
D．干涉條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)
以上幾點(diǎn)中，正確的是________．
AD
(2)當(dāng)測(cè)量頭中的分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)齊某條紋的中心時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖所示，該讀數(shù)為_(kāi)_______mm．
0.700
(3)如果測(cè)量頭中的分劃板中心刻線(xiàn)與干涉條紋不在同一方向上，如圖所示，則在這種情況下來(lái)測(cè)量干涉條紋的間距Δx時(shí)，測(cè)量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值．
大于
(4)已知兩縫間的間距為0.4 mm，以某種單色光照射雙縫時(shí)，在離雙縫0.5 m遠(yuǎn)的屏上，用測(cè)量頭測(cè)量條紋間的寬度：先將測(cè)量頭的分劃板中心刻線(xiàn)與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第0條亮紋，此時(shí)分劃板上的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖甲所示；然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線(xiàn)與第6條亮紋中心對(duì)齊，此時(shí)分劃板上的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖乙所示．根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)測(cè)得分劃板在圖中甲、乙位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)分別為xa＝________mm，xb＝________mm．
11.1
15.6
(5)該單色光的波長(zhǎng)λ＝____________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．
(6)若增大雙縫的間距，其他條件保持不變，則得到的干涉條紋間距將________(選填“變大”“不變”或“變小”)．
6.0×10-7
變小
[解析]　(1)為了獲得清晰的干涉條紋，單縫和雙縫必須平行放置，故A正確；由干涉現(xiàn)象可知干涉條紋與雙縫平行，故B錯(cuò)誤；根據(jù)干涉條紋的間距公式Δx＝????????λ，可知干涉條紋的疏密程度與單縫寬度無(wú)關(guān)，干涉條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)，故C錯(cuò)誤，D正確．
(2)讀數(shù)為x＝0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm．
?
(3)分劃板中心刻線(xiàn)與干涉條紋不在同一方向上時(shí)，有Δx實(shí)＝Δx測(cè)cos θ，θ為條紋與分劃板間的夾角，故測(cè)量值大于實(shí)際值．
(4)題圖中甲位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xa＝11 mm＋0.1×1 mm＝11.1 mm
題圖中乙位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xb＝15 mm＋0.1×6 mm＝15.6 mm．
(5)根據(jù)干涉條紋的間距公式Δx＝????????λ可得，單色光的波長(zhǎng)λ＝????????????????＝????.????×?????????????×????????.?????????????.????????.????×????×10-3 m＝6.0×10-7 m．
(6)根據(jù)干涉條紋的間距公式Δx＝????????λ，可知增大雙縫的間距，其他條件保持不變，則得到的干涉條紋間距將變小．
?
謝 謝！

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