新高中物理 第十三章 3光的干涉课件 新人教版选修34.ppt

第十三章 光 学案3光的干涉实验 用双缝干涉测量光的波长 目标定位 1 知道光的干涉现象 知道光是一种波 2 理解相干光源和产生干涉现象的条件 3 理解杨氏干涉实验明暗条纹的特点 成因及出现明暗条纹的条件 4 了解用双缝干涉测量光的波长的实验原理 能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长 知识探究 自我检测 一 杨氏干涉实验 问题设计 如图1所示 机械波可以产生波的干涉现象 形成稳定的干涉图样 如果我们先假设光是一种波 那么按照我们所学的波的知识 光要发生干涉现象需要满足什么条件 知识探究 图1 答案两光源必须有相同的频率 即两光源为相干光 要点提炼 1 1801年 英国物理学家成功地观察到了光的干涉现象 开始让人们认识到光具有 2 杨氏双缝干涉实验 1 双缝干涉的装置示意图实验装置如图2所示 有光源 单缝 双缝和光屏 图2 托马斯 杨 波动性 2 单缝屏的作用 获得一个线光源 使光源有唯一的和振动情况 也可用激光直接照射双缝 3 双缝屏的作用 将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光 3 光产生干涉的条件 两列光的相同 相位差恒定 振动方向相同 杨氏双缝干涉实验是靠 一分为二 的方法获得两个相干光源的 频率 频率 4 干涉图样 1 若用单色光作光源 干涉条纹是的的条纹 2 若用白光作光源 则干涉条纹是条纹 且中央条纹是白色的 5 实验结论 证明了光是一种 等间距 明暗相间 彩色 波 二 决定条纹间距的条件 1 屏上某处出现亮 暗条纹的条件实验装置如图3所示 双缝s1 s2之间的距离为d 双缝到屏的距离为l 屏上的一点p到双缝的距离分别为r1和r2 路程差 r r2 r1 图3 1 若满足路程差为波长的整数倍 即 r 其中k 0 1 2 3 则出现亮条纹 2 若满足路程差为半波长的奇数倍 即 r 其中k 0 1 2 3 则出现暗条纹 2 相邻亮条纹 暗条纹 间的距离 x与波长 的关系 x 其中l为双缝到屏的距离 d为双缝之间的距离 k 三 实验 用双缝干涉测量光的波长 1 实验原理由公式 x 可知 在双缝干涉实验中 d是双缝间距 是已知的 只要测出双缝到屏的距离l及相邻两亮条纹 或相邻两暗条纹 的中心间距 x 即可由公式 计算出入射光的波长 而测量是本实验的关键 x 2 实验步骤 1 按如图4所示安装仪器 图4 2 将光源中心 单缝中心 双缝中心调节在遮光筒的 3 使光源发光 在光源和单缝之间加红 绿 色滤光片 让通过后的条形光斑恰好落在双缝上 通过调节遮光筒上测量头的目镜 观察单色光的干涉条纹 撤去滤光片 观察白光的干涉条纹 彩色条纹 中心轴线上 4 加装滤光片 通过目镜观察单色光的干涉条纹 同时调节手轮 使分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心 记下此时手轮的读数 然后继续转动手轮使分划板移动 直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心 再次记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n 5 将两次手轮的读数相减 求出n个亮条纹间的距离a 利用公式 x 算出条纹间距 然后利用公式 x 求出此单色光的波长 d l仪器中都已给出 6 换用不用颜色的滤光片 重复步骤 3 4 并求出相应的波长 3 注意事项 1 单缝 双缝应相互平行 其中心大致位于遮光筒的中心轴线上 双缝到单缝的距离应相等 2 测双缝到屏的距离l时用毫米刻度尺多次测量取平均值 3 测条纹间距 x时 用测量头测出n条亮 暗 条纹间的距离a 求出相邻两条亮 暗 条纹间的距离 x 典例精析 一 杨氏干涉实验 例1在双缝干涉实验中 以白光为光源 在屏上观察到了彩色干涉条纹 若在双缝中的一缝前放一红色滤光片 只能透过红光 另一缝前放一绿色滤光片 只能透过绿光 已知红光与绿光频率 波长均不相等 这时 a 只有红色和绿色的双缝干涉条纹 其他颜色的双缝干涉条纹消失 b 有除红色 绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹c 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 但屏上仍有光亮d 屏上无任何光亮 解析两列光能发生干涉的条件之一是频率相等 利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光 在屏上形成干涉条纹 但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后 红光和绿光频率不相等 不能发生干涉 因此屏上不会出现干涉条纹 但屏上仍会有光亮 故选c 答案c 二 决定条纹间距的条件 例2在双缝干涉实验中 双缝到光屏上p点的距离之差为0 6 m 若分别用频率为f1 5 0 1014hz和f2 7 5 1014hz的单色光垂直照射双缝 则p点出现亮 暗条纹的情况是 a 单色光f1和f2分别照射时 均出现亮条纹b 单色光f1和f2分别照射时 均出现暗条纹c 单色光f1照射时出现亮条纹 单色光f2照射时出现暗条纹d 单色光f1照射时出现暗条纹 单色光f2照射时出现亮条纹 解析判定某处是亮条纹还是暗条纹 关键是看该处到两光源的路程差是该光波长的倍数情况 若是整数倍 该处为亮条纹 若为半波长的奇数倍 则为暗条纹 可见 r 1 r 故用单色光f1照射时 p点出现亮条纹 用单色光f2照射时 p点出现暗条纹 答案c 三 用双缝干涉测量光的波长 例3在 用双缝干涉测量光的波长 的实验中 装置如图5所示 双缝间的距离d 3mm 图5 1 若测量红光的波长 应选用 色的滤光片 实验时需要测定的物理量有 和 解析要测量红光的波长 应用红色滤光片 由 x 可知要想测 必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距 x 答案见解析 2 若测得双缝与屏之间的距离为0 70m 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 500mm 观察第1条亮条纹的位置如图6甲所示 观察第5条亮条纹的位置如图乙所示 则可求出红光的波长 m 图6 解析由测量头的数据可知a1 0 a2 0 640mm 答案见解析 课堂要点小结 1 杨氏干涉实验 下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是 a 单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源b 双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源c 光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹d 在光屏上能看到光的干涉图样 但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生 1 2 3 自我检测 解析在双缝干涉实验中 单缝的作用是获得一个线光源 双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源 故选项a错误 b正确 在两个完全相同的相干光源情况下 光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹 选项c错误 1 2 3 两列光波只要相遇就会叠加 满足相干条件就能发生干涉 所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉 用光屏接收只是为了方便肉眼观察 故选项d错误 答案b 1 2 3 1 2 3 2 决定条纹间距的条件 如图7所示 用单色光做双缝干涉实验 p处为第二条暗条纹 改用频率较低的单色光重做上述实验 其他条件不变 时 则同侧第二条暗条纹的位置 a 仍在p处b 在p点上方c 在p点下方d 要将屏向双缝方向移近一些才能看到 图7 1 2 3 解析由 知f变小 变大 若出现第二条暗条纹 则p到双缝的路程差 x 当 变大时 x也要变大 故第二条暗条纹的位置向上移 在p点上方 b正确 答案b 1 2 3 3 用双缝干涉测量光的波长 用某种单色光做双缝干涉实验时 已知双缝间距离d 0 20mm 双缝到毛玻璃屏间的距离为l 75 0cm 如图8甲所示 实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮 使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第1条亮条纹 此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图戊所示 则游标卡尺的读数x1 mm 然后再转动手轮 使与游标卡