辽宁省大连市高中物理 第十三章 光 13.3 用双缝干涉测量波的长度课件 新人教版选修34.ppt

在双缝干涉现象中 明暗条纹出现的位置有何规律 当屏上某点到两个狭缝的路程差 2n n 0 1 2 时 出现明纹 当 2n 1 n 0 1 2 时 出现暗纹 那么条纹间距与波长之间有没有关系呢 第三节实验 用双缝干涉测量光的波长 1 知识与能力 掌握明条纹 或暗条纹 间距的计算公式及推导过程 观察双缝干涉图样 掌握实验方法 2 过程与方法 通过实验 理解光的折射定律 3 情感态度与价值观 体会用宏观量测量微观量的方法 对学生进行物理方法的教育 l d 的准确测量 教学重点 双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作 教学难点 一 实验原理 二 观察双缝干涉图样 三 测定单色波的波长 一 实验原理 设两缝s1 s2间距离为d 它们所在平面到屏面的距离为l 且l d o是s1s2的中垂线与屏的交点 o到s1 s2距离相等 由图可知s1p r1r1与x间关系如何 r12 l2 x 2 r22 l2 x 2 r22 r12 r2 r1 r2 r1 2dx由于l d 且l x 所以r1 r2 2lr2 r1 r x x 当 r 2n n 0 1 2 时 出现亮纹 即x 2n 时出现亮纹 或写成x 第n条和第 n 1 条 相邻 亮纹间距离 x为多少呢 x xn xn 1 n n 1 也就是 x x x 相邻两个明 或暗 条纹之间的距离为 其中 波长用 表示 d表示两个狭缝之间的距离 l为挡板与屏间的距离 结论 下面看另外一种推导方法 同课本上 r2 r1 dsin x ltan lsin 运用几何知识 当两列波的路程差为波长的整数倍 即dx l k k 0 1 2 时才会出现亮条纹 亮条纹位置为 x kl d 如图所示的双缝实验中 屏离开挡板越远 条纹间的距离越大 另一方面 实验所用光波的波长越大 条纹间的距离也越大 这是为什么 二 观察双缝干涉图样 1 实验器材 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏 测光头 学生光源 导线 刻度线2 实验步骤 1 光源 单缝 双缝 遮光筒 毛玻璃屏依次放在光具座上 如下图所示 2 接好光源 打开开关 使灯丝正常发光 3 调节各器件的亮度 使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏 4 安装双缝 使双缝与单缝的缝平行 二者间距5 10cm 5 观察白光的干涉条纹 6 在单缝和光源间放上滤光片 观察单色光的干涉条纹 注意事项1 安装仪器的顺序 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏2 双缝与单缝相互平行 且竖直放置3 光源 虑光片 单缝 双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上4 若出现在光屏上的光很弱 由于不共轴所致5 若干涉条纹不清晰 与单缝和双缝是否平行有很大关系 第二条亮纹 第一条亮纹 第一条亮纹 第二条亮纹 由实验可知红光的条纹间距最大 紫光的最小 1 红光的波长最长 紫光的波长最短 2 波长越长 频率越小 波长越短 频率越大 3 光的颜色由频率决定 4 红光的偏向角最小 折射率最小 紫光的偏向角最大 折射率最大 5 在同一媒质中的光速 红光最大 紫光最小 练习 有1 2两束不同的光线 它们以相同的入射角从空气射入水中 已知折射角r1 r2 则它们的频率f1f2 在水中的波速v1v2 在水中的波长 1 2 在相同的条件下用它们分别做双缝实验 则干涉条纹的间距 x1 x2 这两束光从空气射入水中的颜色改变 小于 大于 大于 不 三 测定单色波的波长 测定单色光的波长的实验步骤 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央 记下手轮上的读数a1 转动手轮 使分划板中心刻线移动 记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2 a1与a2之差即n条亮纹的间距 3 用刻度尺测量双缝到光屏间距离l d是已知的 4 重复测量 计算 求出波长的平均值 5 换用不同滤光片 重复实验测量其他单色光的波长 螺旋测微器的读数 例1 用双缝干涉测光的波长 实验装置如图 甲 所示 已知单缝与双缝间的距离l1 100mm 双缝与屏的距离l2 700mm 双缝间距d 0 25mm 用测量头来测量亮纹中心的距离 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 转动手轮 使分划板左右移动 让分划板的中心刻线对准亮纹的中心 如图 乙 所示 记下此时手轮上的读数 转动测量头 使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心 记下此时手轮上的读数 1 分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时 手轮上的读数如图 丙 所示 则对准第1条时读数x1 mm 对准第4条时读数x2 mm 2 192 7 870 x 1 相邻两个明 或暗 条纹之间的距离为 其中 波长用 表示 d表示两个狭缝之间的距离 l为挡板与屏间的距离 2 由实验可知红光的条纹间距最大 紫光的最小 1 红光的波长最长 紫光的波长最短 2 波长越长 频率越小 波长越短 频率越大 3 光的颜色由频率决定 4 红光的偏向角最小 折射率最小 紫光的偏向角最大 折射率最大 5 在同一媒质中的光速 红光最大 紫光最小 3 测定单色波的波长 1 在 用双缝干涉测光的波长 的实验中 装置如下图所示 双缝间的距离d 3mm 1 若测定红光的波长 应选用 色的滤光片 实验时需要测定的物理量有 和 2 若测得双缝与屏之间距离为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条亮纹的位置如下图 a 所示 观察第5条亮纹的位置如下图 b 所示 则可求出红光的波长 m 保留一位有效数字 答案 1 红双缝到屏距离ln条条纹间距a 2 7 10 7 2 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 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 c 解析两列光波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 在光屏上形成干涉条纹 但分别用绿滤光片和红滤光片挡住两条缝后 红光和绿光频率不等 不能发生干涉 因此屏上不会出现干涉条纹 故选c 3 利用下图中装置研究双缝干涉现象时 有下面几种说法 a 将屏接近双缝 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 干涉条纹间距变宽正确的是 abd 4 双缝干涉实验中 要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽 可采取以下办法 1 2 3 为测量红光的波长 现测得屏上6条亮条纹间的距离为7 5mm 已知双缝间的距离为0 5mm 双缝到屏的距离为1m 则此红光波长为 1 使用波长 较长的单色光 根据测量值 计算相邻条纹间的距离 2 增加双缝到光屏间距离或选用较长的遮光筒 3 减小双缝之间的距离 解析在双缝干涉实验中 根据公式可知 要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽 可采取的办法是 5 某同学按实验装置安装好仪器后 观察光的干涉现象 获得成功 若他在基础上对仪器的安装做出如下改动 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 其他不动b 将滤光片移至单缝和双缝之间 其他