2019版高中物理第十三章4实验用双缝干涉测量光的波长课件新人教版选修3_4.pptx

1、4.实验:用双缝干涉测量光的波长,1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理,知道影响干涉条纹宽度的因素。 2.经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程,加深对双缝干涉图样的认识和理解,加强合作意识。,1,2,1.观察双缝干涉图样 (1)将光源、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的轴线射到光屏上。 (4)安装双缝和单缝,使光源、单缝及双缝的中心大致位于遮光筒的中心轴线上,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约510 cm,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

2、光的干涉条纹。,1,2,2.测定单色光的波长 (1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。 (2)使分划板中心刻线对齐某条亮纹中心时,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心时,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 (3)用刻度尺测量双缝到毛玻璃屏间的距离l(d是已知的)。,(5)换用不同滤光片,重复实验。,1,2,本实验中为什么不直接测x? 提示：由于光的波长很小,实验中条纹间距很小,无法直接测出,只能先测出n个条纹间距,再求相邻亮条纹间的距离。,一,二,三,一、实验原理 光波波长很小,x、l的测量对波长的影响很大。l用毫米刻度

3、尺测量,x用测量头上的游标尺测量,可测多条亮条纹间距离再求x,采用多次测量求的平均值法,可减小误差。 实验原理分析: 如图所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,把单缝S照亮,这时单缝S相当于一单色光源,它又把双缝S1和S2照亮,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1、S2到屏上P点的路程分别是r1、r2,两列光波传到P的路程差r=|r1-r2|,设光波波长为。,一,二,三,(1)若r=n(n=0,1,2,),两列波传到P点时同相,互相加强,出现亮条纹。,一,二,三,两条相邻的亮(暗)条纹间的距离x用测量头测出。测量头由分划板

4、、目镜、手轮等构成,如图甲所示。 转动手轮,分划板会左、右移动,测量时,应使分划板中心刻线对齐亮条纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的亮条纹的中心时,记下手轮上的刻度数a2,两次读数之差就是相邻两条亮条纹间的距离,即x=|a1-a2|。x很小,直接测量时相对误差较大,通常测出n条亮条纹间的距离a,再推算相邻两条亮(暗)条纹间的距离,一,二,三,特别警示计算相邻亮条纹的距离时要用n条亮条纹的距离a除以亮条纹间距个数(n-1)。为了减小误差,实验中x、l都应测量多组数据,最后求的平均值。,一,二,三,二、实验注意事项 1.

5、调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。 3.调节测量头时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心,记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。 4.不要直接测x,要测几个条纹的间距计算出x,这样可减小误差。 5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层。,一,二,三,特别警示在实验中有时照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴线;干涉条纹不清晰一般是单缝与双

6、缝不平行所致,故应正确调节。,一,二,三,三、双缝干涉图样的特点 1.单色光的干涉图样。 若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等。中央为亮条纹,两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关,波长越长,条纹间距越大。,一,二,三,2.白光的干涉图样。 若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的。这是因为: (1)从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹,各种色光都在中央亮纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。 (2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的亮条纹间距宽度最大,紫光的亮条纹间距宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成

7、了彩色干涉条纹。 特别警示用白光做干涉实验,从红光到紫光其波长由大到小,它们的干涉条纹间距也是从大到小,屏中央各色光都得到加强,复合成白色,但两侧因条纹间距不同而分开成彩色,而且同一级条纹内紫外红。,类型一,类型二,光的干涉条件及现象,【例1】如图所示,用单色光做双缝干涉实验时,P处为第二条亮条纹,改用频率较高的单色光重做实验(其他条件不变)时,则第二条亮条纹的位置() 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亮条纹,类型一,类型二,解析：光波的频率变高,则光波波长变短。,所以,第二条亮条纹的位置在P点的下方。 答案：C,射光的波长、双缝间距离d、双缝

8、到光屏的距离l。,类型一,类型二,双缝干涉实验测量光波波长,【例2】 在用双缝干涉测光的波长的实验中:已知双缝到光屏之间的距离是600 mm,双缝之间的距离是0.20 mm,单缝到双缝之间的距离是100 mm,某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮条纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第7条亮条纹的中心,这时手轮上的示数如图乙所示。这两次示数依次为 mm和 mm。由此可以计算出本实验所用的单色光的波长为 nm。,类型一,类型二,点拨：熟练、准确地读取游标卡尺、螺旋测微器的示数是完成本实验的重要基本功。,解析：测量头为螺旋测微器,题图甲示数为a1=0