逍遥学能 2013-07-16 11:09
一. 教学内容： 实验：用双缝干涉条纹测光的波长
全章
二. 要点：
1. 通过安装调节实验仪器，使了解光波产生稳定的干涉现象的条件。让观察白光及单色光的双缝干涉图样，并测定单色光波的波长。
2. 本章知识梗概
三. 重点、难点解析：
1. 实验
实验原理：
光源发出的光经滤色片成为单色光，单色光通过单缝后，相当于线光源。通过双缝后，变成频率相同、相（位）差恒定的相干光，可以在光屏上产生稳定的干涉图样根据计算波长的公式： ，测出双缝间的距离d，双缝到光屏的距离< > ，同种相邻干涉条纹间的距离Δx，即可算出单色光的波长。
实验：
仪器安装调节好后，换上测量头，把测量头的游标尺置10mm左右，调节目镜，在视场中出现清晰的干涉条纹及分划板上的刻线，然后在单缝前套上红色或绿色滤色片即可开始测量。
分划板上的刻线形状如图所示，一条水平刻线、二条竖直刻线。竖直刻线应与干涉条纹平行。若不平行，松开测量头上的紧固螺钉，转动测量头，使竖直划线与干涉条纹平行．在双缝距d及缝屏距 已知的条件下。测出相邻两条亮（或暗）条纹的间距Δx，就可计算波长 。若直接测Δx，测量的相对误差较大，因此可先测6条明（或暗）条纹的总间距．再计算出Δx。转动手轮，把分划板刻线对齐左边某一条清晰的亮（或暗）条纹，记下游标尺上的读数x1，然后把分划板移向右边，把刻线对齐第七条亮（或暗）条纹，记下游标尺读数x7，如图所示。6条条纹的总间距为x7一x1．则 。
分划板刻线能否对齐干涉条纹，对测量结果影响很大，由于明暗条纹的单线不很清晰，测量时应对齐干涉明（或暗）条纹的中心。方法如下：把明（或暗）条纹嵌在分划板两根短刻线之间，使条纹的两边边缘与短刻线的距离相等，这时，中心刻线就对齐在条纹的中心，如图所示。为减小测量误差，x1及x7的读数应重复测几次，取其平均值。计算波长时，双缝缝距标在双缝座上，在安装仪器时就要把d值记下来。缝屏距 。不加接长管是600mm，加上接长管后为700mm。
误差分析：
产生偶然误差主要是条纹间距的测量和读数操作错误。
2.
【典型例题
[例1] 用单色光做双缝实验时，从中央O点开始计数。在光屏上某点P恰为第三条亮纹。现改用频率较高的单色光照射，装置其他条件不变，那么（ ）
A. P处仍为第三条亮纹
B. P处可能是第四条暗纹
C. P处可能是第二条亮纹
D. 若将光屏向双缝移近一些，在P处可能是看到第二条亮纹
，光屏向双缝移近即 变小，波程差变大，P的亮纹级数将提高。D选项错误。
[例2] 若把杨氏双缝干涉实验改在水中进行，其他条件不变，则得到的干涉条纹间距将如何变化（ ）
A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 不能确定
解析：光在水中的波长小于空气中波长，由条纹间距公式答案：B
[例4] 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？
= =
2.47×10－7m，因此膜的厚度至少是1.2×10－7m。
[例5] 平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有（ ）
A. 在衍射图样的中心都是亮斑
B. 泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽
C. 小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑
D. 小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的
[例6] 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（ ）
A. 只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振
B. 只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振
C. 自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光
D. 除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
双缝间距是0.4mm，当分划板中心刻线从第l条亮纹移到第6条亮纹时，测量头如图所示，
上手轮的两次读数如图（a）、（b）所示。测得的单色光波长是多少？
5. 使低气压水银弧灯所发的光经滤光片后照射间距为0.4mm的双缝，在双缝后1.5m远的光屏上得到一组黄色的亮暗条纹，从中央向一侧数，第1条和第5条暗纹间的距离为8.4mm，求此黄光的波长。
【模拟二
一. 选择题
1. 竖直放置的铁丝框中的肥皂膜，在太阳光照射下形成（ ）
A. 明暗相间的水平干涉条纹 B. 明暗相间的竖直干涉条纹
C. 彩色的水平干涉条纹 D. 彩色的竖直干涉条纹
2. 关于光的传播，下列说法中正确的是（ ）
A. 各种色光在真空中传播速度相同。在介质中传播速度不同
B. 各种色光在真空中频率不同。同?D色光在不同介质中的频率相同
C. 同一色光在不同介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同
D. 各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比在其他任何介质中的波长都长
3. 下列说法中正确的是（ ）
A. 红外线易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域
B. 医院用x光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透最强的
C. 阳光晒黑皮肤，主要是阳光中红外线的作用
D. 电取暖器利用了红外线的热作用
4. 点光源照射到一障碍物，在屏上所成的阴影的边缘部分模糊不清，产生这种现象的原因是（ ）
A. 光的反射 B. 光的折射 C. 光的干涉 D. 光的衍射
5. 用卡尺观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，看到的现象将是（ ）
A. 衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显
B. 衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显
C. 衍射条纹间距不变，只是亮度增强
D. 以上现象都不发生
6. 下面对增透膜的叙述中，不正确的有（ ）
A. 摄影机的镜头涂上一层增透膜后，可提高成像质量
B. 增透膜是为了增加光的透射，减小反射
C. 增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的
D. 增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的
7. 如图所示为x射线管的结构示意图，E为灯丝电源，要使射线管发出x射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压（ ）
A. 高压电源正极应接在P点，x射从K极发出
B. 高压电源正极应接在P点，x射线从A极发出
C. 高压电源正极应接在Q点，x射线从K极发出
D. 高压电源正极应接在Q点，x射线从A极发出
8. 某同学自己动手利用如图20?D12所示器材，观察光的干涉现象，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。当一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后，C上再现一窄亮线，分析实验失败的原因，最大的可能性是（ ）
A. 单缝S太窄 B. 单缝S太宽
C. S到S1、S2距离不等 D. 阳光不能作为光源
二. 填空题：
9. 在下列情况下，发生的是光的哪种现象？
（1）通过狭缝看日光灯可见彩色花纹。是 现象。
（2）通过三棱镜看书上的字的边缘有彩色是 现象。
（3）增透膜是利用光的 现象来使反射光的强度减至最小。
10. 电灯S发出的光a穿过偏振片A后变为光b（下图）。穿过偏振片B而被P处眼睛看到，则其中光b是 （填“自然光”或“偏振光”）；若人眼此时看到透过B的光最强，则将B转过 角度时，人眼看到的光最弱。
11. 单色光在真空中的频率为 ，波长为 的单色光源时，在P点处将形成 条纹；当S为 =0.5
三. 计算题：
13. 某色光在某种液体中的传播速度为1.5×l08m/s，波长为250nm．求：
（1）此液体的折射率；
（2）此色光从液体射入空气时，产生全反射的临界角；
（3）此色光在空气中能产生明显衍射时小孔的孔径是多少微米?
14. 如图所示，用单色光做双缝干涉实验。O为双缝S1、S2连线中垂线与屏的交点，若
S2P－S1P=4 ， 为单色光的波长，试计算OP之间的暗条纹数有几条。
【模拟试题一】
1. B、D 2. C 3. 相间，变窄 4. 7.5×10－7m 5. 5. 6×l0－7m
【模拟试题二】
1. C 2. A、B、D 3. A、D 4. D 5. A 6. D 7. D 8. C
9.（1）衍射；（2）色散；（3）干涉 10. 偏振光，90° 11.
12. 暗；明 13.（1）n=2；（2）30°；（3）0.5 14. 4条