廣西專版新教材高中物理第4章光4實驗：用雙縫干涉測量光的波長課件新人教版選擇性必修第一冊

1、4實驗:用雙縫干涉測量光的波長實驗熱點探究突破隨 堂 訓 練實驗探究方案梳理實驗探究方案梳理實驗目的1.了解光產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的條件。2.觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。3.掌握用公式 測定波長的方法。4.會用測量頭測量條紋間距離。實驗原理1.測量原理。2.測量x的方法。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成,如圖甲所示,測量時先轉動測量頭,讓分劃板中心刻線與干涉條紋平行,然后轉動手輪,使分劃板向左(或向右)移動至分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊,記下此時讀數(shù),再轉動手輪,用同樣的方法測出n個亮條紋間的距離a,則可求出相鄰兩亮條紋間的距離實驗器材雙縫干涉儀(包括光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光

2、筒、光屏及測量頭,其中測量頭又包括分劃板、目鏡、手輪等)、學生電源、導線、刻度尺。實驗步驟1.按圖所示安裝儀器。2.將光源中心、單縫中心、雙縫中心調節(jié)在遮光筒的中心軸線上。3.使光源發(fā)光,在光源和單縫之間加紅(綠)色濾光片,讓通過后的條形光斑恰好落在雙縫上,通過遮光筒上的測量頭,仔細調節(jié)目鏡,觀察單色光的干涉條紋,撤去濾光片,觀察白光的干涉條紋(彩色條紋)。4.加裝濾光片,通過目鏡觀察單色光的干涉條紋,同時調節(jié)手輪,分劃板的中心刻線對齊某一條紋的中心,記下手輪的讀數(shù),然后繼續(xù)轉動使分劃板移動,直到分劃板的中心刻線對齊另一條紋中心,記下此時手輪讀數(shù)和移過分劃板中心刻線的條紋數(shù)n。6.換用另一濾光

3、片,重復步驟3、4、5,并求出相應的波長。數(shù)據(jù)處理1.單縫、雙縫應相互平行,其中心大致位于遮光筒的軸線上,雙縫到單縫距離應相等。2.測雙縫到屏的距離l可用刻度尺測多次取平均值。3.測條紋間距x時,用測量頭測出n條亮(暗)條紋間的距離a,求出相鄰的兩條亮(暗)條紋間的距離注意事項1.放置單縫和雙縫時,必須使縫平行。2.要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上。3.測量頭的中心刻線要對著亮(或暗)條紋的中心。4.要多測幾條亮條紋(或暗條紋)中心間的距離,再求x。5.照在像屏上的光很弱,主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致,干涉條紋不清晰一般是因為單縫與雙縫不平行。誤

4、差分析1.測雙縫到屏的距離l帶來的誤差,可通過選用毫米刻度尺,進行多次測量求平均值的辦法減小相對誤差。2.測條紋間距x帶來的誤差。(1)干涉條紋沒有調到最清晰的程度。(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心。(3)測量多條亮條紋間距離時讀數(shù)不準確。(4)利用“累積法”測n條亮紋間距,再求 ,并且采用多次測量求x的平均值的方法進一步減小誤差。實驗熱點探究突破熱點1 實驗原理與操作典例剖析現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件,要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉實驗裝置,用以測量紅光的波長。(1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置

5、其他光學元件,由左到右,表示各光學元件的字母排列順序應為C、A。(2)本實驗的步驟如下。取下遮光筒左側的元件,調節(jié)光源高度,使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮;按合理的順序在光具座上放置各光學元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上;用刻度尺測量雙縫到屏的距離;用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離。在操作步驟時還應注意、。答案:(1)EDB(2)放置單縫、雙縫時,必須使縫平行單縫、雙縫間的距離要適當解析:(1)濾光片E可以從白光中選出單色紅光,單縫D獲得線光源,雙縫B獲得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列順序為C、E、D、B、A。易錯警示學以致用在用雙縫干涉測光的波長實

6、驗中,光具座上放置的光學元件依次為光源、透鏡、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、目鏡,如圖所示。(1)M、N、P三個光學元件依次為。A.濾光片、單縫、雙縫B.單縫、濾光片、雙縫C.單縫、雙縫、濾光片D.濾光片、雙縫、單縫(2)對于某種單色光,為增加相鄰亮紋(暗紋)間的距離,可采取的方法有。A.減小雙縫間距離B.增大雙縫間距離C.減小雙縫到屏的距離D.增大雙縫到屏的距離(3)如果測得雙縫與屏的距離為l,雙縫間距為d,相鄰兩條亮紋中心間的距離為x,寫出計算波長的表達式為。答案:(1)A(2)AD 熱點2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例剖析在用雙縫干涉測量光的波長實驗中,實驗裝置如圖甲所示。(1)以線狀白熾燈為光

7、源,對實驗裝置進行了調節(jié)并觀察實驗現(xiàn)象后,總結出以下幾點。A.單縫和雙縫必須平行放置B.干涉條紋與雙縫垂直C.干涉條紋疏密程度與雙縫間距離有關D.干涉條紋間距與光的波長有關以上幾點正確的是。(2)當測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條刻度線時,手輪上的示數(shù)如圖乙所示,該讀數(shù)為 mm。(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,如圖丙所示,則在這種情況下測量干涉條紋的間距x時,測量值(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值。答案:(1)ACD(2)0.705(3)大于解析:(1)實驗中,單縫和雙縫必須平行放置,故選項A正確;干涉條紋與雙縫平行,故選項B錯誤;根據(jù)干涉條紋的間距公式 知

8、,干涉條紋疏密程度及間距與雙縫間距離、波長有關,故選項C、D正確。(2)讀數(shù)為0.5 mm+0.01 mm20.5=0.705 mm。(3)如果測量頭中的分劃板中心刻度線與干涉條紋不在同一方向上,條紋間距x測量值偏大。學以致用利用雙縫干涉測定光的波長實驗中,雙縫間距d=0.4 mm,雙縫到光屏的距離l=0.5 m,用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示,分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)也如圖中所示。(1)分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)xA=11.1 mm,xB= mm,相鄰兩條紋間距x= mm。(2)波長的表達式=(用x、l、d表示),該單色光的波長= m。(3)若改用頻率較高的單

9、色光照射,得到的干涉條紋間距將(選填“變大”“不變”或“變小”)。答案:(1)15.60.75(2) 6.010-7(3)變小隨 堂 訓 練1.用圖甲所示裝置測量某單色光的波長時,所得圖樣如圖乙所示,調節(jié)儀器使分劃板的中心刻線對準一條亮條紋A的中心,測量頭卡尺的示數(shù)為11.4 mm,移動手輪使分劃板中心刻線對準另一條亮條紋B的中心,測量頭卡尺的示數(shù)為15.2 mm。已知雙縫擋板與光屏間距為0.4 m,雙縫相距0.1 mm,則所測單色光的波長為()甲 乙A.2.3810-7 mB.2.3810-9 mC.9.510-7 mD.9.510-9 m答案:C2.(多選)用雙縫干涉測量光的波長的實驗裝置

10、如圖所示,調整實驗裝置使屏上可以接收到清晰的干涉條紋。關于該實驗,下列說法正確的是()A.若將濾光片向右平移一小段距離,光屏上相鄰兩條明紋中心的距離增大B.若將光屏向右平移一小段距離,光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離增大C.若將雙縫間的距離d減小,光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離增大D.若將濾光片由綠色換成藍色,光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離增大答案:BC3.利用雙縫干涉測定單色光波長,某同學在做該實驗時,第一次分劃板中心刻度對齊A條紋中心時(圖甲),游標卡尺的示數(shù)如圖丙所示,第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時(圖乙),游標卡尺的示數(shù)如圖丁所示,已知雙縫間距為0.5 mm,從雙縫到屏的距離為1 m。則

11、圖丙中游標卡尺的示數(shù)為 mm,圖丁游標卡尺的示數(shù)為 mm。在實驗中,所測單色光的波長為 m。答案:11.416.86.7510-7 解析:根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)方法,可讀出題圖丙的示數(shù)為11.4 mm;4.在用雙縫干涉測量光的波長實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上,如圖甲所示。已知雙縫間的距離為d,在距離雙縫l處的屏上,用測量頭測量條紋間寬度。甲 (1)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示;然后同方向轉動測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊,記下此時如圖丙所示的手輪上的示數(shù)為 mm,求得相鄰亮紋的間距x為 mm。(2)波長的表達式=(用x、l、d表示)。(3)若改用頻率較高的單色光照射,得到的干涉條紋間距將(選填“變大”“不變”或“變小”)。(4)圖丁為上述實驗裝置示意圖。S為單縫,S