沪科版选修34 4.2用双缝干涉仪测定光的波长 课件（28张）.ppt

第4章 4 2用双缝干涉仪测定光的波长 学习目标1 了解用双缝干涉仪测定光的波长的实验原理 2 知道影响干涉条纹宽度的因素 3 观察白光及单色光的干涉图样 4 能够利用双缝干涉实验测定单色光的波长 内容索引 自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测 自主预习梳理 1 实验器材双缝干涉仪 包括 光具座 光源 遮光筒 及测微目镜 其中测微目镜又包括 刻度板 目镜 手轮等 学生电源 导线 米尺 2 单色光发生双缝干涉时 相邻两条亮条纹 或暗条纹 的中心距离是 x 滤光片 单缝 双缝 光屏 3 条纹间距 x的测定如图1甲所示 测微目镜由刻度板 目镜 手轮等构成 测量时先使刻度板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央 如图乙所示 记下手轮上的读数s1 转动手轮 使刻度板中心刻线移至另一亮条纹的中央 记下此时手轮上的读数s2 得出n个亮条纹间的距离为s s2 s1 则相邻两亮条纹间距 x 图1 重点知识探究 一 实验原理 1 相邻亮条纹 暗条纹 间的距离 x与入射光波长 之间的定量关系推导如图2所示 双缝间距d 双缝到屏的距离l 双缝s1 s2的连线的中垂线与屏的交点为p0 对屏上与p0距离为x的一点p 两缝与p的距离ps1 l1 ps2 l2 在线段ps2上作pm ps1 则s2m l2 l1 因d l 三角形s1s2m可看作直角三角形 有 l2 l1 dsin 令 s2s1m 图2 2 测量原理由公式 x 可知 在双缝干涉实验中 d是双缝间距 是已知的 l是双缝到屏的距离 可以测出 那么 只要测出相邻两亮条纹 或相邻两暗条纹 的中心间距 x 即可由公式 x计算出入射光波长的大小 二 实验步骤 1 按图3所示安装仪器 2 调节光源中心 单缝中心 双缝中心 让它们都位于遮光筒的中心轴线上 图3 3 使光源发光 在光源和单缝之间加红 绿 色滤光片 使通过后的条形光斑恰好落在双缝上 通过遮光筒上的测微目镜 仔细调节目镜 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 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 使刻度板的中心刻线对齐某一条纹的中心 记下手轮的读数 然后继续转动使刻度板移动 直到刻度板的中心刻线对齐另一条纹中心 记下此时手轮读数和移过刻度板中心刻度线的条纹数n 5 将两次手轮的读数相减 求出n个亮 暗 条纹间的距离s 利用公式 x s n 1 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 换用另一滤光片 重复步骤3 4 5 并求出相应的波长 三 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 用毫米刻度尺测多次取平均值 3 测条纹间距 x时 用测微目镜测出n条亮 暗 条纹间的距离s 求出相邻的两条亮 暗 条纹间的距离 x 四 误差分析 实验中的双缝间距d是器材本身给出的 因此本实验要注意l和 x的测量 光波的波长很小 l x的测量对波长的影响很大 1 l的测量 用毫米刻度尺测量 需要多次测量求平均值 2 条纹间距 x的测定利用测微目镜测量 可利用 累积法 测n条亮 暗 条纹间距s 再求 x 并可采用多次测量求 x的平均值的方法进一步减小误差 例1如图4所示的双缝干涉实验 用绿光照射单缝s时 在光屏p上观察到干涉条纹 要得到相邻条纹间距更大的干涉图样 可以a 增大s1与s2的间距b 减小双缝屏到光屏的距离c 将绿光换为红光d 将绿光换为紫光 解析 答案 图4 五 典例精析 解析在双缝干涉实验中 相邻两个亮条纹 或暗条纹 间的中心间距 x 要想增大条纹间距可以减小两缝间距d 或者增大双缝屏到光屏的距离l 或者换用波长更长的光做实验 由此可知 选项c正确 选项a b d错误 例2在 用双缝干涉仪测定光的波长 的实验中 装置如图5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 红 双缝到屏的距离l 图5 解析 答案 相邻两条亮 暗 纹中心间的距离 x 解析由于测量红光的波长 因此用红色滤光片 由 x 可知要想测 必须测定双缝到屏的距离l和相邻两条亮 暗 纹中心间的距离 x 2 若测得双缝与屏之间的距离为0 70m 通过测微目镜 与螺旋测微器原理相似 手轮转动一周 刻度板前进或后退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 6 86 10 7 图6 解析 答案 例3 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 解析 答案 解析安装实验器件时要注意 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 b d错误 当堂达标检测 1 在杨氏双缝干涉实验中 如果a 用白光作为光源 屏上将呈现黑白相间的条纹b 用红光作为光源 屏上将呈现红黑相间的条纹c 若仅将入射光由红光改为紫光 则条纹间距一定变大d 用红光照射一条狭缝 用紫光照射另一条狭缝 屏上将呈现彩色条纹 1 2 解析 答案 3 解析用白光做杨氏双缝干涉实验 屏上将呈现彩色条纹 a错 用红光作为光源 屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹 即黑条纹 相间 b对 变小 x变小 c错 红光和紫光频率不同 不能产生干涉条纹 d错 2 如图7所示 在 用双缝干涉测量光的波长 的实验中 光具座上放置的光学元件有光源 遮光筒和其他元件 其中a b c d各装置的名称依次是下列选项中的a a单缝 b滤光片 c双缝 d光屏b a单缝 b双缝 c滤光片 d光屏c a滤光片 b单缝 c双缝 d光屏d a滤光片 b双缝 c单缝 d光屏对于某种单色光 为增加相邻亮纹 或暗纹 之间的距离 可采用的方法是 任写一种方法 解析 答案 图7 c增加双缝到屏的距离或减小双缝间距 1 2 3 解析a b c d各装置的名称分别为滤光片 单缝 双缝 光屏 故c正确 由 x 可知 要增加相邻亮纹 或暗纹 的距离 可以增加双缝到屏的距离 也可以减小双缝间距 1 2 3 3 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 双缝到光屏的距离为1m 则此红光的波长为 解析 答案 答案见解析 1 2 3 解析在双缝