《实验：用双缝干涉测量光的波长》课件

《实验：用双缝干涉测量光的波长》干涉条纹与光的波长之间的关系波长为的单色光照射到双缝上。两缝中心间距为d，两缝S1、S2的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离为OP=l。对于屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为r1、r2，且d

l亮纹条件：相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距是：一、实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距△x、双缝间距d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ满足：一、实验原理

1、怎样才能得到双缝干涉条纹?2、测量波长需要测量哪些量?需要用什么器材测量?3、怎样增大(或减小)亮条纹的宽度?4、换用不同颜色的滤光片进行实验，干涉条纹间的距离怎样变化?5、实验过程中应记录的数据有哪些?6、白光的干涉条纹有什么特点?用白光实验时会存在什么问题?思考双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺．二、实验器材光源滤光片双缝遮光筒毛玻璃单缝测量头凸透镜?三、实验步骤1、如图，把长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏；2、取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度);3、装好单缝和双缝(缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样；光源滤光片单缝双缝遮光筒屏透镜三、实验步骤4、在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样；

5、调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度a1，将测量头朝右端移动，记下第n

条亮纹中心位置a2；则第1条亮纹与第n

条亮纹中心间距为a=a2—a1，则相邻亮纹间距为：15205100202515第1条时读数第4条时读数1520510030354045ΔxΔxΔxΔxΔx红光第一条亮纹第一条暗纹第一条暗纹第二条暗纹第三条暗纹第二条暗纹第三条暗纹第三条亮纹第二条亮纹第三条亮纹第二条亮纹第1条第7条6、已知双缝间的距离d，测出双缝到屏的距离L，由，计算红光的波长。（1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹.

（2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.

（3）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数x1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数x2，则相邻两条纹间的距离（4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长.观察与记录刻度尺螺旋测微器或游标卡尺实验演示四、注意事项1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行．2．要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴

线上．3．测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心．4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx.一、照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮;实验中常会出现以下三种情况:原因：灯丝与单缝、双缝，或测量头与遮光简不共轴，解决办法：实验前先取下单缝和双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。解决办法：通过转动遮光筒使条纹与分划板刻线平行。原因：单缝与双缝不平行所致，解决办法：耐心仔细地调节拨杆，使单缝和双缝平行，以达到最佳效果。二、干涉条纹不清晰;三、干涉条纹与分划板刻线不平行。五、误差分析1．(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差．(2)通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差．2．测条纹间距Δx带来的误差．(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度．(2)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．(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确．红光的条纹间距最大，紫光的最小。1．红光的波长最长，紫光的波长最短2．波长越长，频率越小，波长越短，频率越大（光速=波长×频率）3．光的颜色由频率决定在其他条件不变的情况下，不同颜色的光，条纹间距不同。例1.某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间距为d，双缝到屏的距离为L，

将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所示，此时的示数x1=

mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第n亮条纹的中心对齐，测出第n亮条纹示数为x2。由以上数据可求得该光的波长表达式λ=

（用给出的字母符号表示）。0.776025302035mm典例分析——实验过程和数据处理例2．（多选）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.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D.用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹BD解析：白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对。典例分析——实验过程和数据处理例3.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如图，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Ln条条纹间距a光源滤光片单缝双缝遮光筒屏典例分析——实验过程和数据处理（2）若测得双缝与屏之间距离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条亮纹的位置如图（a）所示，观察第5条亮纹的位置如图（b）所示，则可求出红光的波长=

m.（保留一位有效数字）010152004001012345图（a）图（b）7×10-7典例分析——实验过程和数据处理由读数得则课堂练习③②①④⑤5．某同学在《用双缝干涉测光的波长》的实验中，实验装置如图所示。使用的双缝的间距为0.025cm。实验时，屏与双缝之间距离需要测量，已知入射光的波长λ为500nm。则：（1）先调节______和_______的中心位于遮光筒的中心轴线上，并使_________和_______竖直且互相平行。光源双缝单缝双缝光源滤光片单缝双缝遮光筒屏（2）当屏上出现了干涉图样后，通过测量头观察第1条亮纹的位置如图a所示，第5条亮纹位置如图b所示，则双缝与屏的距离为

mm

594光源滤光片单缝双缝遮光筒屏已知双缝的间距d=0.025cm,波长λ=500nm,读数a=a2-a1=(5.880-1.128)mm实验小结问题一对实验装置及原理的考查例题1在用双缝干涉测量光的波长实验中(实验装置如图):(1)下列说法错误的是

。(填选项前的字母)

A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为

mm。

解析

(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距

,选项C正确。故选A。(2)主尺读数是1.5

mm,螺旋读数是47.0×0.01

mm,因此示数为1.970

mm。答案

(1)A

(2)1.970变式训练1(2020北京海淀模拟)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(如图所示),单缝保持竖直方向,并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为l。(1)组装仪器时,单缝和双缝的空间关系应该为

。

A.a代表单缝,b代表双缝B.a代表双缝,b代表单缝C.二者相互垂直放置D.二者相互平行放置(2)将红色滤光片改为绿色滤光片,其他实验条件不变,在目镜中仍可看见清晰的条纹,则

。

A.条纹为竖条纹B.条纹为横条纹C.与红光相比条纹间距变窄D.与红光相比条纹间距变宽(3)经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为Δx,则这种光的波长为λ=

(用题中所给字母表示)。

解析

(1)双缝的光来自单缝,因此单缝距离光源更近,A正确,B错误;双缝与单缝应该平行放置,C错误,D正确。(2)由于单缝保持竖直,条纹的方向与单缝平行,所以条纹竖直,A正确,B错误;由于绿光的波长比红光的短,所以干涉条纹间距比红光的窄,C正确,D错误。(3)根据两个相邻的亮条纹(或暗条纹)间距为Δx=λ,可得波长表达式λ=Δx。答案

(1)AD

(2)AC

(3)Δx问题二实验数据处理和误差分析例题2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=0.20mm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。甲

(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。乙

丙(2)利用上述测量结果,经计算可得两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=

mm;这种色光的波长λ=

nm。

答案

(1)15.02

(2)2.31

6.6×102变式训练2(2021山东临沂十八中高二月考)如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图。(1)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹,读出手轮的读数如图乙所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第8条亮条纹,读出手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距是

mm(结果保留三位有效数字)。

(2)如果已经量得双缝的间距是0.3mm,双缝和光屏之间的