高中物理光的干涉实验用精

高中物理光的干涉实验用精第1页/共50页目标定位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.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.4.了解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.第3讲光的干涉实验：用双缝干涉测量光的波长第2页/共50页1预习导学梳理·识记·点拨

2课堂讲义理解·深化·探究3对点练习巩固·应用·反馈第3页/共50页一、杨氏干涉实验1.1801年，英国物理学家

成功地观察到了光的干涉现象.2.让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是

的.这两个波源发出的光在挡板后面的空托马斯·杨相同第4页/共50页间互相叠加，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到_________的条纹.这种现象证明光是一种

.二、出现明、暗条纹的条件当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的

时(即恰好等于波长的

时)，两列光在这点相互加强，这里出现

；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的

时，两列光在这点

，这里出现暗条纹.明暗相间波偶数倍整数倍亮条纹奇数倍相互削弱第5页/共50页三、实验：用双缝干涉测量光的波长1.实验原理：相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝

，根据这个公式，可以测出波长.2.观察双缝干涉图样时注意使单缝与双缝相互

，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上.平行第6页/共50页3.测定单色光的波长在Δx＝

λ中，双缝间的距离d是已知的，双缝到屏的距离l可以用

测出，相邻两条亮条纹间的距离Δx需用_______测出.米尺测量头第7页/共50页想一想实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离Δx，而要测出n个亮条纹间的距离，再求平均值？答案由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差.第8页/共50页一、杨氏双缝干涉实验1.双缝干涉的装置示意图图1第9页/共50页实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏.(1)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况.也可用激光直接照射双缝.(2)双缝的作用：一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光.2.产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同.本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的.第10页/共50页3.干涉图样(1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的.4.实验结论：证明光是一种波.第11页/共50页例1

在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕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第12页/共50页B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在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分别用绿色滤光片和红色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，但仍有光亮.答案C第13页/共50页借题发挥明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题做出正确判断的关键.第14页/共50页二、屏上某处出现亮、暗条纹的条件1.亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.k为亮条纹的级次.第15页/共50页2.暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍.即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.第16页/共50页例2

如图2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的光程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则(

)A.P和P1仍为亮点

B.P为亮点，P1为暗点C.P为暗点，P1为亮点

D.P、P1均为暗点图2第17页/共50页解析从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此是亮条纹中心，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹中心.而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙.当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600nm＝

λ紫，则两列第18页/共50页光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹.综上所述，选项B正确.答案

B第19页/共50页借题发挥判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值，要记住光程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同.第20页/共50页针对训练如图3所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为(

)图3第21页/共50页答案D第22页/共50页三、用双缝干涉测光的波长1.实验原理(1)光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.第23页/共50页(2)若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝

.实验中d是已知的，测出l、Δx即可测出光的波长λ.第24页/共50页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中心轴线上.第25页/共50页(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，通过遮光筒上的测量头，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).第26页/共50页(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，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划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分划板中心刻度线的条纹数n.第27页/共50页(5)将两次手轮的读数相减，求出n个亮条纹间的距离a，由Δx＝

，算出条纹间距，然后利用公式λ＝

Δx，求出此单色光的波长λ(d、l仪器中都已给出).(6)换用另一滤光片，重复步骤(3)、(4)，并求出相应的波长.第28页/共50页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，用毫米刻度尺测多次取平均值.(3)测条纹间距Δx时，采用累积法，即用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻的两条亮条纹间的距离Δx＝

.第29页/共50页例3

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5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5第30页/共50页解析滤光片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上.所以排列顺序为：C、E、D、B、A.答案

(1)E、D、B第31页/共50页(2)本实验的步骤有：①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；②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；③用米尺测量双缝到屏的距离；④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②时还应注意__________________________________.第32页/共50页解析在操作步骤②时还应注意：放置单缝、双缝时，必须使缝平行.答案

放置单缝、双缝时，必须使缝平行第33页/共50页(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6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，记下此时图乙中手轮上的示数______mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm.图6第34页/共50页解析测量头的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，题图乙读数为13.870mm，题图甲读数为2.320mm，所以相邻条纹间距Δx＝

mm＝2.310mm.答案

13.870

2.310

第35页/共50页(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λ＝________，求得所测红光波长为________nm.6.6×102第36页/共50页杨氏双缝干涉实验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第37页/共50页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；λ变小，Δx变小，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错.答案B第38页/共50页明、暗条纹的判断2.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，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点出现明、暗条纹的情况是(

)A.用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B.用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C.用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D.用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹第39页/共50页解析单色光f1的波长：单色光f2的波长：因P点到双缝的距离之差Δx＝0.6μm＝λ1，第40页/共50页所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹.Δx＝0.6μm＝

λ2，所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确.答案C第41页/共50页3.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第42页/共50页解析由λ＝

知f变小，λ变大.若出现第二条暗条纹，则P到双缝的光程差Δr＝

λ，当λ变大时，Δr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第43页/共50页用双缝干涉测光的波长4.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d.(1)若测定绿光的波长，应选用________色的滤光片.实验时需要测定的物理量有_______________和______________.解析由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片.由Δx＝

λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距Δx.绿