4.4 實驗：用雙縫干涉測量光的波長 課件高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

新人教版選擇性必修一第四章光第4節(jié)用雙縫干涉測量光的波長光發(fā)生雙縫干涉時，相鄰兩條亮紋間距△x、雙縫間距d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長λ滿足：，下面我們利用這個結果，通過雙縫干涉實驗測量光的波長二、光的折射新課引入S1S2P1Pld新課講授1.實驗裝置：濾光片學習任務一：實驗思路新課講授2.實驗原理：

單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮（暗）紋間的距離?x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長λ之間滿足：學習任務一：實驗思路1.l的測量：雙縫到屏的距離l可以用刻度尺測出。濾光片l學習任務二：物理量的測量新課講授2.?x的測量：相鄰兩條亮條紋間的距離?x需用測量頭測量。兩種測量頭都由分劃板、目鏡、手輪等構成。學習任務二：物理量的測量

測量時，應使分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊（圖4.4-3），記下此時手輪上的讀數(shù)。然后轉動測量頭，使分劃板中心刻線與另一條紋的中心對齊，再次記下手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差表示這兩個條紋間的距離?x。

為了減小測量誤差，可測多個亮條紋間的距離，再求出相鄰兩個條紋間的距離。新課講授1.將光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示：濾光片學習任務三：進行實驗2.接好光源，打開開關，使燈絲正常發(fā)光。3.調(diào)節(jié)各元件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏。4.安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距5～10cm，這時可觀察白光的干涉條紋。5.在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。學習任務三：進行實驗新課講授6.用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)。7.調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻線與某條(記為第1條)亮紋中心對齊，記下此時測量頭刻度x1，再記下第n

條亮紋中心位置x2；則第1條亮紋與第n

條亮紋中心間距為a=x2-x1，則相鄰亮紋間距為：學習任務三：進行實驗學習任務四：數(shù)據(jù)分析①查看雙縫間的距離d，測量雙縫到屏的距離l，利用公式求出該單色光的波長②重復實驗，求出波長的平均值③換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋的異同，求出相應的波長.數(shù)據(jù)記錄紅光綠光第1次第2次第1次第2次雙縫間距d/m雙縫片到屏的距離l/m手輪讀數(shù)a1/m手輪讀數(shù)a2/m移動條紋數(shù)n-1相鄰亮條紋間距Δx/m波長a/m波長平均值λ/m學習任務四：數(shù)據(jù)分析新課講授2.誤差分析：(1)l的測量誤差:本實驗中雙縫到光屏的距離較長,l的測量誤差不太大,但也應選用毫米刻度尺測量.并用多次測量求出平均值的辦法減小實驗誤差.(2)測量條紋間距Δx帶來的誤差:①干涉條紋沒有調(diào)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時讀數(shù)不準確.學習任務四：數(shù)據(jù)分析新課講授3.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?雙縫和光屏的中心軸在遮光筒的軸線上.(3)測量頭的分劃板中心刻線要對準條紋的中心.學習任務四：數(shù)據(jù)分析新課講授實驗演示實驗演示

用光傳感器可以更方便地演示雙縫干涉現(xiàn)象。圖是實驗裝置圖（實驗在暗室中進行）。光源在鐵架臺的最上端，中間是刻有雙縫的擋板，下面是光傳感器。這個實驗的光路是自上而下的。圖中帶有白色狹長矩形的小盒是光傳感器，沿矩形的長邊分布著許多光敏單元。傳感器各個光敏單元得到的光照信息經(jīng)計算機處理后，在顯示器上顯示出來。拓展學習用光傳感器做雙縫干涉的實驗用傳感器和計算機觀察雙縫干涉的實驗裝置新課講授拓展學習1．用雙縫干涉測量光的波長實驗裝置如圖所示，得到不同色光、不同雙縫的干涉條紋，如圖甲、乙、丙所示。甲、乙為不同單色光通過相同雙縫產(chǎn)生的條紋，乙、丙為同種單色光通過不同雙縫產(chǎn)生的條紋，則（）A．若單縫和雙縫不平行，毛玻璃上沒有干涉條紋B．在遮光筒中沒有干涉現(xiàn)象發(fā)生C．甲圖單色光波長小于乙圖單色光波長D．乙圖雙縫間距小于丙圖雙縫間距C課堂練習當堂達標訓練2、(多選)利用如圖所示裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象并測量光的波長，下列說法中正確的是(

)A．實驗裝置中的①②③元件分別為濾光片、單縫、雙縫B．將濾光片由紫色換成紅色，干涉條紋間距變寬C．將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬D．測量過程中，誤將5個條紋間距數(shù)成6個，波長測量值偏大AB當堂達標訓練3.我們用如圖所示的裝置來做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗.(1)將實驗儀器按要求安裝在光具座上,則在圖甲中A、B處分別應該安裝的器材和濾光片的位置分別是

.

A.A處為雙縫、B處為單縫,濾光片在光源和凸透鏡之間B.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在A和B之間C.A處為雙縫,B處為單縫、濾光片在遮光筒內(nèi)D.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在凸透鏡和A之間[解析]為獲取兩個單色線光源,A處應為單縫、B處應為雙縫,濾光片在凸透鏡和A之間.故選D.

當堂達標訓練(2)若在實驗當中,某同學觀察到以下圖像,即測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,若繼續(xù)移動目鏡觀察,將會使測量結果出現(xiàn)偏差,所以需要對儀器進行調(diào)整,使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上,下面操作中可行的有

.

A.調(diào)節(jié)撥桿方向B.其他不動,測量頭旋轉一個較小角度C.其他不動,遮光筒旋轉一個較小角度D.將遮光筒與測量頭整體旋轉一個較小角度[解析]因為有清晰的干涉圖樣,所以不用調(diào)節(jié)撥桿方向,題中問題是分劃板中心線與干涉條紋不平行,所以應調(diào)節(jié)測量頭使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上,所以其他不動,將測量頭旋轉一個較小角度,或者其他不動,將遮光筒旋轉一個較小角度,A、D錯誤,B、C正確.

當堂達標訓練(3)已知雙縫間距離d=0.20mm,雙縫到毛玻璃屏間的距離為l=75.0cm,如圖丙所示,實驗時先轉動測量頭上的手輪,使與游標卡尺相連的分劃線對準圖丁所示的第1條明條紋,此時卡尺的主尺和游標的位置如圖戊所示,然后再轉動手輪,使與游標卡尺相連的分劃線向右邊移動,直到對準第5條明條紋,如圖丁所示,此時卡尺的主尺和游標的位置如圖己所示,則游標卡尺上的讀數(shù)x2=

mm.由以上已知數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù),則該單色光的波長是

m.

當堂達標訓練4.雙縫干涉測光的波長的實驗裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100mm,雙縫與屏的距離l2=700mm,雙縫間距d=0.25mm。用測量頭來測量亮條紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成,轉動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準亮條紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù),轉動測量頭,使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù)。當堂達標訓練(1)分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮條紋的中心時,手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,