物理人教版选修3-4课件第十三章光4

第十三章

4实验：用双缝干涉测量光的波长学习目标

1.掌握双缝干涉条纹间距的计算公式及推导过程.2.掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项.3.会利用双缝干涉实验测量单色光的波长，加深对双缝干涉的理解.内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究一、双缝干涉条纹间距的计算如图1所示，两缝间的距离为d，两缝连线中点为O，两缝连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l，屏上有一点P到两缝的距离为r1和r2，用波长为λ的激光照射双缝.若屏上P点是中央亮条纹上侧第k条亮纹，P点到P0点的距离满足什么条件？请阅读课本相关内容，参照下图，写出推导过程.导学探究答案图1双缝干涉条纹间距的决定因素及关系式1.决定双缝干涉条纹间距的关系式推导如图1所示，Δr＝r2－r1＝dsinθ，x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ可得r2－r1＝

.又因为满足条件r2－r1＝±kλ是亮条纹，故得x＝

，相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距为：Δx＝

.2.若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮条纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝

.知识梳理即学即用判断下列说法的正误.(1)使用同一双缝实验装置做实验，亮条纹间距与光波波长成正比.()(2)根据λ＝

，用同一种色光做双缝干涉实验，光波波长随双缝间距的增大而增大.()(3)单色光的双缝干涉条纹是等间距明暗相间的条纹.()××√二、实验：用双缝干涉测量光的波长1.实验器材双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头.另外还要有学生电源和导线等.2.实验步骤(1)按如图2所示安装仪器.(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心都调节在遮光筒的

.图2中心轴线上(3)使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让过滤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).(4)再次加装滤光片，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亮(暗)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亮(暗)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(暗)条纹间的距离a，利用公式Δx＝

算出条纹间距，然后利用公式λ＝

，求出此单色光的波长λ(d、l仪器中都已给出).(6)换用不同颜色的滤光片，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Δx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Δx＝

.题型探究例1

在用红光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离为0.5mm，测得双缝到光屏的距离为1.0m，在光屏上第一条暗条纹到第六条暗条纹间的距离为7.5mm.则：(1)此红光的频率为多少？它在真空中的波长为多少？解析答案一、双缝干涉条纹间距问题答案

4.0×1014

Hz

7.5×10－7m(2)假如把整个装置放入折射率为

的水中，这时屏上相邻亮条纹的间距为多少？解析答案答案

1.125×10－3m例2

在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图3所示.双缝间的距离d＝3mm.图3(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________.解析答案二、实验：用双缝干涉测量光的波长答案

见解析解析

要测量红光的波长，应用红色滤光片.由Δx＝

可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距Δx.(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4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λ＝__m.图4答案

见解析解析

由测量头的数据可知a1＝0，a2＝0.640mm，解析答案达标检测1.如图所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下面问题：答案123解析(1)如果A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用___图样表示最合适.解析利用Δx＝

λ公式，光源由红光换成紫光时，λ变小，

相应Δx也变小，应选C；√答案解析(2)如果将B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用___图样表示最合适.解析

双缝距离d减小时，Δx变大，应选D；√123答案解析(3)如果将A图样的双缝到屏的距离变小，那么得到的图样用________图样表示最合适.解析

双缝到屏的距离l变小，得到的图样的Δx变小，应选C；√123答案解析(4)如果将A图样的装置从空气移入水中，那么得到的干涉图样用________图样表示最合适.解析

将装置从空气移入水中时，波长λ减小，Δx也减小，应选C.√123A.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)________________________________.2.如图5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√图5答案解析增加双缝到屏的距离或减小双缝间距123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Δx＝

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.1233.在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1