2019_20学年高考物理主题3光及其应用4实验：用双缝干涉测量光的波长课件（必修）.pptx

,4 实验：用双缝干涉测量光的波长,主题3 光及其应用,学科素养与目标要求,物理观念：,1.掌握双缝干涉条纹间距的计算公式及推导过程. 2.掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项.,科学思维：,会利用双缝干涉实验测量单色光的波长，加深对双缝干涉的理解.,科学探究：,1.根据用双缝干涉实验测波长的原理，会选用实验器材、规范实验操作. 2.能进行分组、自主、合作探究，并对信息进行数据处理.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,技能储备 明确原理 提炼方法,题型演练 学以致用 实训演练,达标检测 检测评价 达标过关,课时对点练 注重双基 强化落实,技能储备,一、实验原理,如图1所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略.,图1,两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0l.则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：x . 若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距x，就可以求得光波的波长.,二、实验器材,双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头.另外，还有学生电源、导线、刻度尺等.,三、实验步骤,1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示.,图2,2.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光. 3.调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏. 4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距510 cm，这时可观察白光的干涉条纹. 5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.,四、数据处理,1.安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹. 2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻两亮条纹间距x . 3.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的). 4.重复测量、计算，求出波长的平均值.,五、误差分析,1.光波的波长很小，x、l的测量对波长的影响很大. 2.在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测x时，用千分尺且采用“累积法”. 3.多次测量求平均值.,1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件. 2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去. 3.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约510 cm. 4.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱.主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致.干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行. 5.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心. 6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近.,六、注意事项,题型演练,一、双缝干涉条纹间距问题,例1 (多选)(2017全国卷)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是 A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动,例2 在杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.89107 m，双缝间的距离d1 mm，双缝到屏的距离l2 m，则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为_.,1.178102 m,x1.178103 m， 则第1个4亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为 x10x1.178102 m.,二、实验原理与操作,例3 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中(实验装置如图3)，下列说法错误的是,图3,A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B.测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐 C.为了减小测量误差，可用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹 间距x D.将滤光片放在单缝与双缝之间不改变实验结果,解析 调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误； 测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐，故B正确；,根据实验原理知D正确.,例4 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm.某同学正确操作后，在目镜中看到如图4甲所示的干涉条纹.换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的_(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm.沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是_ mm，紫光的波长等于_ nm.,三、实验数据处理,图4,D,19.40,420,学科素养 本题考查了用双缝干涉测量光的波长实验，回顾了游标卡尺的使用方法，这体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.在实验过程中，学生之间需要合作、交流、处理数据，体现了“实验探究”的学科素养.,达标检测,1.(双缝干涉条纹间距问题)(2015全国卷)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的相邻干涉条纹间距x1与绿光的相邻干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”“”或“”).若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm.,1,2,3,0.300,2.(实验原理与操作)(多选)利用如图5所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长时，有下面几种说法，其中正确的是,图5,1,2,A.实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝 B.将滤光片由紫色的换成红色的，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.测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致波长测量值偏小 E.去掉滤光片后，干涉现象消失,3,解析 实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝，故A正确； 将滤光片由紫色的换成红色的，波长变长，根据干涉条纹间距公式x 知条纹间距变宽，故B正确； 将单缝向双缝移动一小段距离后，条纹间距不变，故C错误. 把5个条纹间距数成6个，则x偏小，根据x ，可知波长的测量值偏小，故D正确； 去掉滤光片，将出现彩色的干涉条纹，故E错误.,1,2,3,3.(实验数据处理)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图6所示.双缝间的距离d3 mm.,1,2,3,图6,若测定红光的波长，选用红色的滤光片，实验中测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察第1条亮条纹的位置如图7甲所示，其读数为_ mm；观察第5条亮条纹的位置如图乙所示，其读数为_ mm.则可求出红光的波长_m.,图7,0,0.640,6.86107,解析 由测量头的数据可知a10，a20.640 mm，,1,2,3,课时对点练,1.(2018厦门外国语学校高二第二学期期中)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图1甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示.他改变的实验条件可能是 A.减小光源到单缝的距离 B.减小双缝之间的距离 C.减小双缝到光屏之间的距离 D.换用频率更高的单色光源,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图1,解析 改变条件后亮条纹之间的间距变大，由公式x 可知，要使x增大，可增大双缝到光屏之间的距离l，C错；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,减小双缝之间的距离d，B对； 换用波长更长，即频率更低的单色光源，D错； 改变光源到单缝的距离不会改变x，A错.,2.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，若用单色光照射后观察毛玻璃屏上的条纹如图2所示，则有 A.若只适当增大单缝的宽度，则条纹间距将减小 B.若只适当增大双缝的间距，则条纹间距将减小 C.若只适当增大照射光的频率，则条纹间距将增大 D.若只适当增大双缝到光屏的间距，则条纹间距将增大,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图2,3.(多选)利用图3中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法正确的是,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.换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图3,A项中l减小，x变小； B项中变大，x变大； D项中d变大，x变小.故A、B、D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,4.(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于 A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大 B.没有安装滤光片 C.单缝与双缝不平行 D.光源发出的光束太强,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 安装实验器材时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功.当然还要使光源发出的光束不致太暗.综上所述，可知选项A、C正确.,5.(多选)英国物理学家托马斯杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观察到了光的干涉现象.图4为实验装置简图，M为竖直线状光源，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏.现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，实验时正确的选择是,图4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,A.N应选用遮光屏1 B.N应选用遮光屏3 C.O应选用遮光屏2 D.O应选用遮光屏4,6. (多选)关于“用双缝干涉测量光的波长”实验，正确的说法是 A.实验时应调节各器件共轴，并且单缝和双缝的缝应相互平行 B.观察到的白光的干涉图样是：在视野中可以看到彩色的干涉条纹，中央为一 条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称， 在第一级亮条纹中紫色在最外侧 C.看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑 相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的相邻条纹间距比绿条纹的相邻条纹 间距大 D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,7.(2018厦门一中高二下学期期中)某同学在做“双缝干涉测量光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻线对齐第2条亮纹的中心时(如图5甲中的A)，游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B)，游标卡尺的示数如图丁所示.已知双缝间距d0.5 mm，双缝到屏的距离l1 m，则：,图5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(1)图乙中游标卡尺的示数为_ cm.,1.250,解析 游标卡尺的固定刻度读数为1.2 cm，游标尺上第10个刻度游标读数为0.0510 mm0.50 mm0.050 cm，所以最终读数为1.2 cm0.050 cm1.250 cm.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(2)图丁中游标卡尺的示数为_ cm.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 游标卡尺的固定刻度读数为1.7 cm，游标尺上第15个刻度游标读数为0.0515 mm0.75 mm0.075 cm，所以最终读数为：1.7 cm0.075 cm1.775 cm.,1.775,(3)所测光波的波长为_ m(保留两位有效数字).,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.6107,8.如图6甲是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置，测得双缝屏到毛玻璃屏的距离l为0.2 m、双缝的距离d为0.4 mm，图乙是通过该仪器的观测装置看到的毛玻璃屏上的干涉图样，其中1、2、3、4、5是亮条纹的编号，图丙、图丁是利用该仪器测光的波长时观察到的情景，图丙是测第1号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为_ mm，图丁是测第4号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为_ mm.根据上面测出的数据可知，相邻两条亮条纹间的距离x_ mm， 计算波长的数学表达式_，被测光的波长为_ nm.,图6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,0.510,1.485,0.325,650,解析 题图丙是测第1号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为0.5 mm0.011.0 mm0.510 mm； 题图丁是测第4号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为1 mm0.0148.5 mm1.485 mm；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,9.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中 (1)某同学先将光源靠近遮光筒的双缝端并等高放置，然后在筒的另外一侧观察，发现筒的上壁照得很亮，此时他应将遮光筒的观察端向_(填“上”或“下”)调节.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,上,解析 发现筒的上壁照得很亮说明光线向上，即观察端偏下，所以应将观察端向上调节；,(2)某次测量如图7所示，则读数为_ mm.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.007,解析 螺旋测微器的固定刻度为5 mm，可动刻度为0.70.01 mm0.007 mm，所以最终读数为5 mm0.007 mm5.007 mm；,图7,(3)几位同学实验时，有的用距离为0.1 mm的双缝，有的用距离为0.2 mm的双缝；同时他们还分别用红、紫两种不同颜色的滤光片遮住光源进行了观察，图8选自他们的观察记录，其中正确反映实验结果的是_.(已知红光波长大于紫光的波长),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,BD,解析