高中物理 第十三章 光 4 实验：用双缝干涉测量光的波长互动课堂学案(新人教版)选修3-4

1、4 实验：用双缝干涉测量光的波长互动课堂疏导引导1.实验目的和原理(1)实验目的:通过本实验,我们可以了解光波产生稳定的干涉现象的条件,观察白光及单色光的双缝干涉图样,并测定单色光的波长.(2)实验原理图13-3-2如图13-3-2所示,屏上与P0相距x的P1点与双缝距离分别P1S1=r1,P1S2=r2.在P1S2上作P1M=P1S1,则S2M=r2-r1.由于双缝间距远小于缝到屏的距离,所以可认为S1S2M是直角三角形.则有r1-r2=dsin x=ltanlsin所以r2-r1=当=k(k=0,1,2,)时出现亮条纹,即亮纹中心的位置为相邻亮纹或暗纹的中心间距是x=根据公式x=可计算波长

2、.双缝间的距离d是已知的,双缝到屏的距离l可以用米尺测出,相邻两条亮(暗)纹间的距离x用测量头(图13-3-3)测出.图13-3-32.实验步骤(1)观察双缝干涉图样将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上.如图13-3-4所示.接好光源,打开开关,使灯丝正常发光.调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,二者间距为5 cm10 cm,这时,可观察白光的干涉条纹.图13-3-4在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.(2)测定单色光的波长安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹

3、的中央,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,并记下两次测量时移过的条纹数n;则相邻两亮条纹间距x=.用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的).重复测量、计算,求出波长的平均值.换用不同滤光片,重复实验,可测量对应单色光的波长.(3)结论单色光的干涉图样:宽度均匀,明暗相间的条纹.白色的干涉图样:中央为白色亮条纹,两侧为明暗相间的彩色条纹.光波的波长一般为10-7 m数量级.93.注意事项及误差分析(1)注意事项放置单缝和双缝时,必须使缝平行.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.测量头的中心刻线要对应着亮(或

4、暗)纹的中心.先测出n条亮(或暗)纹中心间的距离a,则相邻亮条纹间的距离x=a/(n-1).(2)误差分析光波的波长很小,x、l的测量对波长的影响很大,l用毫米刻度尺测量,x利用测量头上的游标尺测量.可利用“累积法”测n条亮纹间距,再求,并且采用多次测量求的平均值的方法来进一步减小误差.活学巧用1.如图13-3-5所示,在用单色光做双缝干涉实验时,若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动,则( )图13-3-5A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹,且中央亮纹P的位置不变C.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向上移D.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向下移思路解析：本实验

5、中单缝S的作用是形成频率一定的线光源,又缝S1、S2的作用是形成相干光源,稍微移动S后,没有改变传到双缝的光的频率,由S1、S2射出的仍是相干光,由双缝发出的光到达屏上P点的光程差仍为零,故中央亮纹不变.答案：B2.用氦氖激光器发出的波长为0.633 m的激光做双缝干涉实验,双缝间的距离是0.45 mm,在光屏上得到了干涉条纹.若测得相邻两条明条纹中心间的距离是1.5 cm,求光屏与双缝间的距离.思路解析：光的干涉形成的相邻的明(暗)条纹间距x与光的波长的关系,不仅可以通过测量l、d、x来计算光的波长,还可以在已知其他量的前提下,验证某一量.依据,知x,代入数值可求出l=10.7 m.答案：1

6、0.7 m3.用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件:A.白炽灯 B.单缝片 C.光屏 D.双缝片E.滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)(1)把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:_.(2)正确调节后,在屏上观察到红色的干涉条纹,用测量头测出10条红亮纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b,则一定有a_b(填“大于”“等于”或“小于”）.思路解析：(1)根据光的干涉条纹的形成原理,可知光具座上仪器摆放顺序为A、E、B、D、C.(2)根据条纹宽度x与波长关系,有,则在装置不变即l、d不变时,x与成正比,因绿光波长在同一介质

7、中比红光波长短,故绿光相邻的两亮(或暗)条纹的间距比红光小,即ab.答案：(1)A、E、B、D、C (2)大于4.用单色光做双缝干涉实验,已知屏上一点P到双缝的路程差r=1.510-6 m,当单色光波长1=0.5 m，P点将形成亮纹还是暗纹？当单色光波长2=0.6 m时,在中央亮纹和P点之间有几条暗纹?思路解析：在双缝干涉实验中,当双缝到屏上任一点的路程差等于波长的整数倍时,出现亮条纹,路程差等于半波长的奇数倍时出现暗条纹,即S2P-S1P=当单色光波长1=0.5 m时,光程差r=1.510-6 m=31,即P点出现亮纹;当单色光波长2=0.6 m时,光程差r=1.510-6 m=2.52,即P点出现暗纹.由于当r=时,屏上出现第一级暗纹,故r=2.52时,P点与中央亮纹之间有两条暗纹.答案：亮纹 两条5.在杨氏干涉实验中,若已知两狭缝间距为1 mm,双缝到屏的距离为200 cm,屏