学人教版选修34 13.4实验：用双缝干涉测光的波长课件（1）（78张）.ppt

实验用双缝干涉测光的波长 单色光通过单缝后 经双缝产生稳定的干涉图样 图样中相邻两条亮 暗 纹间距 x与双缝间距d 双缝到屏的距离l 单色光的波长 之间满足 d x l 双缝 s1 s2 屏幕 我们所说的亮纹是指最亮的地方 暗纹是最暗的地方 从最亮到最暗有一个过渡 条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离 1 什么是干涉条纹的间距 附 测量头的构造及使用如图甲所示 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 转动手轮 分划板会向左右移动 测量时 应使分划板中心刻度对齐条纹的中心 如图乙所示 记下此时手轮上的读数 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 1 观察双缝干涉图样 1 将光源 遮光筒 毛玻璃屏依次安放在光具座上 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 二者间距约5 10cm 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 2 测定单色光的波长 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 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央 记下此时手轮上的读数a2 将该条纹记为第n条亮纹 则相邻两条纹间的距离 3 用刻度尺测量双缝到光屏的距离l d是已知的 由公式计算波长 重复测量 计算 求出波长的平均值 4 换用不同的滤光片 测量其它色光的波长 1 双缝到屏的距离l的测量存在误差 2 测条纹间距 x带来的误差 干涉条纹没有调整到最清晰的程度 分划板刻线与干涉条纹不平行 中心刻线没有恰好位于条纹中心 测量多条亮条纹间的距离时读数不准确 此间距中的条纹数未数清 1 实验时应调整光源 单缝 双缝和光屏 测量头共轴 单缝和双缝安装时应竖直且相互平行 中心大致位于遮光筒的轴线上 若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小 不清晰 不便于观察和测量 2 分划板上的刻线应与干涉条纹的亮 暗 线平行 否则会增大测量结果的误差 3 双缝 测量头安装到遮光筒上时要装到底 使各部件的定位面紧密吻合 否则影响测量结果 题型一对实验原理 步骤 数据测量的考查 例1 现有毛玻璃屏a 双缝b 白光光源c 单缝d和透红光的滤光片e等光学元件 要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置 用以测量红光的波长 图3 1 将白光光源c放在光具座最左端 依次放置其他光学元件 由左至右 表示各光学元件的字母排列顺序应为c a 2 本实验的步骤有 取下遮光筒左侧的元件 调节光源高度 使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮 按合理顺序在光具座上放置各光学元件 并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上 用米尺测量双缝到屏的距离 用测量头 其读数方法同螺旋测微器 测量数条亮纹间的距离 在操作步骤 时还应注意 和 3 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐 将该亮纹定为第1条亮纹 此时手轮上的示数如图4所示 然后同方向转动测量头 使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐 记下此时图乙中手轮上的示数 mm 求得相邻亮纹的间距 x为 mm 图4 4 已知双缝间距d为2 0 10 4m 测得双缝到屏的距离l为0 700m 由计算式 求得所测红光波长为 nm 解析 1 滤光片e是从白光中选出单色红光 单缝屏是获取线光源 双缝屏是获得相干光源 最后成像在毛玻璃屏 所以排列顺序为 c e d b a 2 在操作步骤 时应注意的事项有 放置单缝 双缝时 必须使缝平行 单缝 双缝间距离大约为5 10cm 要保证光源 滤光片 单缝 双缝和光屏的中心在同一轴线上 3 螺旋测微器的读数应该 先读整数刻度 然后看半刻度是否露出 最后看可动刻度 图乙读数为13 870mm 图甲读数为2 320mm 所以相邻条纹间距 题后反思双缝干涉是光具有波动性的有力的实验证据 通过对干涉图样的观察 测量与有关计算分析 让学生建立牢固的波的形象的概念 变式1 1 2009 北京高考 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上 如图5 并选用缝间距d 0 20mm的双缝屏 从仪器注明的规格可知 像屏与双缝屏间的距离l 700mm 然后 接通电源使光源正常工作 图5 图6图7 已知测量头主尺的最小刻度是毫米 副尺上有50分度 某同学调整手轮后 从测量头的目镜看去 第一次映入眼帘的干涉条纹如图6 a 所示 图6 a 中的数字是该同学给各暗纹的编号 此时图6 b 中游标尺上的读数x1 1 16mm 接着再转动手轮 映入眼帘的干涉条纹如图7 a 所示 此时图7 b 中游标尺上的读数x2 mm 利用上述测量结果 经计算可得两个相邻明纹 或暗纹 间的距离 x mm 这种色光的波长 nm 答案 15 02 2 316 6 102 1 先后用两种不同的单色光 在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验 在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同 其中间距较大的那种单色光比另一种单色光 a 在真空中的波长较短b 在玻璃中传播速度较大c 在玻璃中传播时 玻璃的折射率较大d 其光子的能量较小答案 bd 2 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 若他在此基础上对仪器的安装做如下改动 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 其他不动c 将单缝向双缝移动少许 其他不动d 将单缝与双缝的位置互换 其他不动 答案 abc 3 如图8所示 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 光具座上放置的光学元件如下图所示 则图8 1 以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离 a 将红色滤光片改为绿色滤光片b 增大双缝之间的距离c 减小 和 之间的距离d 增大 和 之间的距离 2 转动测量头的手轮 使分划板中心刻线对准第1条亮纹中心 对应的读数如图9甲所示为x1 mm 继续转动手轮 使分划板中心刻线对准第5条亮纹中心 对应的读数如图9乙所示为x2 mm 图9 答案 1 d 2 2 190 2 190 2 193均对 7 870 7 869 7 871均对 4 在利用双缝干涉测定光波波长时 首先调节光源 滤光片 单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上 并使单缝和双缝竖直并且互相平行 当屏上出现了干涉图样后 用测量头上的游标卡尺去测量 转动手轮 移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐时 如图10a所示 将此明纹记为1 图10 然后再转动手轮 分划板中心刻线向右移动 依次经过2 3 明纹 最终与明纹6中心对齐 分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图中b c所示 游标卡尺为10分度 则图b对应的读数为 m 图c对应的读数为 m 用刻度尺量得双缝到屏的距离为60 00cm 由双缝上标示获知双缝间距为0 2mm 则发生干涉的光波波长为 m 在实验中 若经粗调后透过测量头上的目镜观察 看不到明暗相间的条纹 只看到一片亮区 造成这种情况的最可能的原因是 若粗调后看不到干涉条纹 只看到一片亮区 则最可能的原因是单缝与双缝不平行 答案 1 94 10 22 84 10 26 00 10 7单缝与双缝不平行 5 在 用双缝干涉测光的波长 的实验中 装置如图11所示 双缝间的距离d 3mm 图11 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 观察到第1条亮纹的位置如图12 a 所示 观察第5条亮纹的位置如图12 b 所示 则可求出红光的波长 m 保留一位有效数字 图12 答案 1 红双缝到屏的距离ln条亮 或暗 纹间距离a 2 7 10 7 1 用白光做双缝干涉实验时 得到彩色的干涉条纹 下列正确的说法是 a 干涉图样的中央亮纹是白色的 b 在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹 c 在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹 d 在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关 ac 练习 6 用绿光做双缝干涉实验 在光屏上呈现出绿 暗相间的条纹 相邻两条绿条纹间的距离为 x 下列说法中正确的有 a 若增大单缝到双缝间的距离 x将增大b 若增大双缝之间的距离 x将增大c 若增大双缝到光屏之间的距离 x将增大d 若减小双缝的每条缝的宽度 而不改变双缝间的距离 x将增大 c 7 几位同学在做双缝干涉实验时 有的用了距离为0 1mm的双缝 有的用了距离为0 2mm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 下图选自他们的观察记录 其中正确地反映了实验结果的是 bd 典例剖析 例1 某同学在做双缝干涉实验时 按图安装好实验装置 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 解析安装实验器件时要注意使光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合 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 还要使光源发出的光束不要太暗 才能使实验成功 答案ac 例2 如图3所示是双缝干涉测光的波长的实验设备示意图 1 图中 是光源 是光屏 它们之间的 依次是 是 2 以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离 图3 a 增大 和 之间的距离b 增大 和 之间的距离c 将红色滤光片改为绿色滤光片d 增大双缝之间的距离 3 在某次实验中 已知双缝到光屏之间的距离是600mm 双缝之间的距离是0 20mm 单缝到双缝之间的距离是100mm 某同学在用测量头测量时 先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹 记作第1条 的中心 这时手轮上的示数如图4甲所示 然后他转动测量头 使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心 这时手轮 上的示数如图4乙所示 这两次示数依次为mm和mm 由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为nm 解析 1 在用光的干涉测波长的实验中 光具座上从左向右依次是光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏和测量头 图4 2 由可知 当增大双缝到光屏间的距离l或减小双缝之间的距离d或增大光的波长 时 光屏上相邻两条亮纹之间的距离将增大 故选项b正确 3 亮条纹在读数时由螺旋测微器原理知图甲读数为0 641mm 图乙读数为10 293mm 由答案 1 滤光片单缝双缝 2 b 3 0 64110 293536 例3 在利用双缝干涉测定光波波长时 首先调节光源 滤光片 单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上 并使单缝和双缝竖直并且互相平行 当屏上出现了干涉图样后 用测量头上的游标卡尺去测量 转动手轮 移动分划板使分划中心刻线与某条明纹中心齐时 如图实4a所示 将此明纹记为1 然后再转动手轮 分划板中心刻线向右移动 依次经过2 3 明纹 最终与明纹6中心对齐 分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分 别如图5中b c所示 游标卡尺为10分度 则图b对应的读数为m 图c对应的读数为m 用刻度尺量得双缝到屏的距离为60 00cm 由双缝上标示获知双缝间距为0 2mm 则发生干涉的光波波长为m 在实验中 若经粗调后透过测量头上的目镜观 图5 察 看不到明暗相间的条纹 只看到一片亮区 造成这种情况的最可能的原因是 解析图b对应读数为1 94 10 2m图c对应读数为2 84 10 2m根据公式 6 00 10 7m若粗调后看不到干涉条纹 只看到一片亮区 则最可能的原因是单缝与双缝不平行 答案1 94 10 22 84 10 26 00 10 7单缝与双缝不平行 素能提升1 如图6所示 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 光具座上放置的光学元件依次为 光源 遮光筒 光屏 对于某种单色光 为增加相邻亮纹 暗纹 间的距离 可采取或的方法 图6 解析做该实验时用单色光 应特别注意 是滤光片 其他依次是单缝屏 双缝屏 遮光筒和毛玻璃屏 由条纹间距公式可知 要增大相邻条纹间距 应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离 答案波光片单缝屏双缝屏增大双缝屏到光屏的距离减小双缝屏两缝距离 2 现有毛玻璃屏a 双缝b 白光光源c 单缝d和透红光的滤光片e等光学元件 要把它们放在图7所示的光具座上组装成双缝干涉装置 用以测量红光的波长 1 将白光光源c放在光具座最左端 依次放置其他光学元件 由左至右 表示各光学元件的字母排列顺序应为c a 图7 2 本实验的步骤有 取下遮光筒左侧的元件 调节光源高度 使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮 按合理顺序在光具座上放置各光学元件 并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上 用米尺测量双缝到屏的距离 用测量头 其读数方法同螺旋测微器 测量数条亮纹间的距离 在操作步骤 时还应注意和 3 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐 将该亮纹定为第1条亮纹 此时手轮上的示数如图8甲所示 然后同方向转动测量头 使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐 记下此时图8乙中手轮上的示数mm 求得相邻亮纹的间距 x为mm 图8 4 已知双缝间距d为2 0 10 4m 测得双缝到屏的距离l为0 700m 由计算式 求得所测红光波长为nm 解析 1 滤光片e是从白光中选出单色红光 单缝屏是获取线光源 双缝屏是获得相干光源 最后成像在毛玻璃屏 所以排列顺序为 c e d b a 2 在操作步骤 时应注意的事项有 放置单缝 双缝时 必须使缝平行 单缝 双缝间距离大约为5 10cm 要保证光源 滤光片 单缝 双缝和光屏的中心在同一轴线上 3 螺旋测微器的读数 应该先读整数刻度 然后看半刻度是否露出 最后看可动刻度 图乙读数为13 870mm 图甲读数为2 320mm 所以相邻条纹间距 4 由条纹间距离公式得 代入数值得 6 6 10 7m 6 6 102nm 答案 1 e d b 2 放置单缝 双缝时 必须使缝平行单缝 双缝间距离大约为5 10cm 3 13 8702 310 4 6 6 102 3 某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置 如图9甲所示 激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装双缝 另一端装有感光片的遮光筒 感光片的位置上出现一排等距的亮点 图乙中的黑点代表亮点的中心位置 图9 1 通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长 据资料介绍 若双缝的缝间距离为d 双缝到感光片的距离为l 感光片上相邻两光点间的距离为b 则光的波长该同学测得l 1 0000m 缝间距d 0 220mm 用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时 尺与点的中心位置如图乙所示 图乙中第1个到第4个光点的距离是mm 实验中激光的波长 m 保留两位有效数字 2 如果实验时将红激光换成蓝激光 屏上相邻两光点间的距离将 解析 2 将红激光换成蓝激光 减小 由b将减小 答案 1 8 56 2 10 7 2 减小 4 利用图10中装置研究双缝干涉现象时 有下面几种说法 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 换一个两缝之间距离较大的双缝 干涉条纹间距变窄e 去掉滤光片后 干涉现象消失 图10 其中正确的是 解析由条纹间距公式d指双缝间距离 l是双缝到屏的距离 可知 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 答案abd 5 某同学设计了一个测定激光波长的实验装置如图11所示 激光器发出一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝 另一端装有感光片的遮光筒 感光片的位置上出现一排等距的亮线 图11 1 这个现象说明激光具有性 2 某同学在做 用双缝干涉测光的波长 实验时 第一次分划板中心刻度线对齐a条纹中心时如图12甲所示 游标卡尺的示数如图丙所示 第二次分划板中心刻度线对齐b条纹中心线时如图乙所示 游标卡尺的读数如图丁所示 已知双缝间距为0 5mm 从双缝到屏的距离为1m 则图丙中游标卡尺的示数为mm 图丁中游标尺的示数为mm 实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是 所测光波的波长为m 保留两位有效数字 解析 1 此现象说明激光具有相干性 2 丙读数11 4mm 丁读数16 7mm实验时测量多条干涉条纹宽度目的是减小测量的偶然误差 图12 由公式答案 1 相干 2 11 416 7减小测