44实验用双缝干涉测量光的波长课件高二上学期物理人教版选择性

第四章光4.实验：用双缝干涉测量光的波长学习目标1.会调节各个仪器,使各仪器共轴,单、双缝平行。(科学探究)2.能正确安装、使用测量头,会读数。(科学探究)3.会用“累积法”测量亮条纹间距,进而测量光的波长。(科学探究)基础落实·必备知识全过关

单色光的颜色与滤光片颜色相同,白光经滤光片后,其他色光大多数被滤光片吸收了

d的大小由器材本身给出,不需要测量

三、实验器材双缝干涉仪(包括:光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头,其中测量头又包括:分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺等。四、实验步骤1.观察双缝干涉图样(1)将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示。(2)接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。(3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线把屏照亮。(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,二者间距为5~10cm,这时可观察到白光的干涉条纹。(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。调节拨杆

分划板会左右移动

(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。(5)换用不同颜色的滤光片,重复实验。每种颜色的滤光片只能透过该种颜色的光

易错辨析(1)双缝干涉仪是比较精密的实验仪器,要轻拿轻放,不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。(

)(2)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,要保证光源、透镜、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上,并使单缝、双缝平行且竖直。(

)(3)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,光源使用线状长丝灯泡,调节时使之与单缝平行且距离较远。(

)(4)用双缝干涉测量光的波长的实验中会出现屏上的光很弱的情况,主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致;干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关系。(

)√√×解析

光源应与单缝平行且靠近,以获得较强的光。

√重难探究·能力素养全提升探究点一实验原理与操作典例剖析【例题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。

(2)本实验的步骤如下: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用刻度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时应注意:____________________。

EDB放置单缝、双缝时,必须使缝平行;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上解析

(1)滤光片E是用来从白光中选出单色红光的,单缝D是用来获得线光源的,双缝B是用来获得相干光源的,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。(2)在操作步骤②时应注意的事项:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上等。对点演练1.用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图所示。实验中:(1)观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,应__________。

A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行C解析

若粗调后看到的是模糊不清的条纹,则最可能的原因是单缝与双缝不平行;要使条纹变得清晰,应调节拨杆使单缝与双缝平行,故选C。(2)要增大观察到的条纹间距,正确的做法是__________。

A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离D

探究点二数据处理与误差分析典例剖析【例题2】

在用双缝干涉测量光的波长的实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),并选用双缝间距d=0.20mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知,光屏与双缝屏间的距离l=700mm。然后,接通电源使光源正常工作。(1)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乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各暗条纹的编号,此时图乙(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丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数x2=__________

mm。

(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=__________mm,

这种色光的波长λ=__________

nm。

精确度为0.02

mm从1开始

条纹编号为7,条纹间隔为6个

副尺0刻度前15

mm第1条与主尺对齐的刻度线

单位为纳米

15.022.31660

对点演练2.某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可__________。

A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=__________。

(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为__________nm(结果保留3位有效数字)。

B

630

探究点三实验改进与创新典例剖析【例题3】

1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年,洛埃德利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃德镜实验)。(1)洛埃德镜实验的基本装置如图所示,S为单色光光源,M为一平面镜。试用平面镜成像原理画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和l,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离Δx的表达式。

探究点三实验改进与创新典例剖析【例题3】

1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年,洛埃德利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃德镜实验)。(1)洛埃德镜实验的基本装置如图所示,S为单色光光源,M为一平面镜。试用平面镜成像原理画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和l,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离Δx的表达式。

对点演练3.双棱镜干涉实验装置如图所示,其中S为单色光光源。A为一个顶角略小于180°的等腰三角形棱镜,P为光屏。S位于棱镜对称轴上,屏与棱镜底边平行,调节光路,可在屏上观察到干涉条纹。这是由于光源S发出的光经棱镜作用后,相当于在没有棱镜时,两个分别位于图中S1和S2的相干光源所发出光的叠加(S1和S2的连线与棱镜底边平行)。已知S1和S2的位置可由其他实验方法确定,类比双缝干涉测波长的实验,可以推测出,若要利用“双棱镜干涉”测量光源S发出的单色光的波长时,需要测量的是什么?答案

S1与S2间的距离、S1或S2与光屏间的距离、干涉条纹间距

学以致用·随堂检测全达标121.(实验原理与操作)(多选)在用双缝干涉测量光的波长的实验中(实验装置如图所示),下列说法正确的是(

)

BC12

122.(数据处理与误差分析)在用双缝干涉测量光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上,如图甲所示,并选用缝间距d=0.2mm的双缝。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝间的距离l=700mm。接通电源使光源正常工作。(1)M、N、P三个光学元件依次为__________。

A.双缝、偏振片、单缝

B.偏振片、单缝、双缝C.滤光片、单缝、双缝

D.滤光片、双缝、单缝C12解析

因为双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样,所以先让光源通过滤光片形成单色光,再经过单缝形成相干光,再通过双缝形成干涉条纹,所以M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝,故选C。12(2)测量时,使测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐,并将该亮条纹定为第1条亮条纹,如图乙所示,记下此时手轮上的示数为1.250cm,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第4条亮条纹的中心对齐,记下手轮上的读数(如图丙所示)。图丙中游标卡尺的示数为__________

cm;所测单色光的波长为__________