人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案2：4 4 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE14.4實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．會根據(jù)干涉條紋的間距和光的波長之間的關(guān)系，確定測量光的波長的實(shí)驗(yàn)思路。2．能設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并正確操作實(shí)驗(yàn)器材，得到明顯的干涉條紋。3．知道兩種測量頭的操作和讀數(shù)規(guī)則，并獲得數(shù)據(jù)。4．對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到波長的測量值?！紗栴}導(dǎo)入〗前面我們通過理論推導(dǎo)，得到了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中干涉條紋的間距和光的波長之間的關(guān)系，即Δx＝eq\f(l,d)λ。大家能否設(shè)計實(shí)驗(yàn)測量光的波長？〖知識梳理〗一、實(shí)驗(yàn)思路光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片（裝在單縫前）成為單色光，把單縫照亮。單縫相當(dāng)于一個線光源，它又把雙縫照亮。來自雙縫的光在雙縫右邊的空間發(fā)生干涉。遮光筒的一端裝有毛玻璃屏，我們可以在這個屏上觀察到干涉條紋，并由λ＝eq\f(d,l)Δx計算出光的波長。問題探究：1．透鏡的作用是什么？2．單縫的作用是什么？3．濾光片有什么作用？應(yīng)放在哪個位置？4．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該記錄哪些數(shù)據(jù)？5．能否用白光做實(shí)驗(yàn)？為什么？二、物理量的測量1．l的測量：雙縫到屏的距離l可以用刻度尺測出。2．Δx的測量：用到的工具叫測量頭，由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)。然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動，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)，并記錄移過分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n。將兩次手輪的讀數(shù)相減，得出n條亮紋間的距離a，利用公式Δx＝eq\f(a,（n－1）)，再求出相鄰兩個亮條紋間的距離Δx。三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1．按上圖所示安裝儀器。2．將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線上。具體操作是先取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度和角度，使它發(fā)出的光束沿著遮光筒的軸線把屏照亮。然后放好單縫和雙縫。注意使單縫與雙縫相互平行。3．在單縫與光源之間放上濾光片就可以觀察到單色光的雙縫干涉圖樣，然后利用測量頭測量相鄰兩個亮條紋間的距離Δx。四、誤差分析(1)照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，原因是燈絲與單縫、雙縫，或測量頭與遮光筒不共軸，解決辦法是實(shí)驗(yàn)前先取下單縫和雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度和角度，使它發(fā)出的光束沿著遮光筒的軸線把屏照亮，然后放好單縫和雙縫。(2)干涉條紋不清晰，單縫與雙縫不平行所致，解決的辦法是耐心仔細(xì)地調(diào)節(jié)撥桿，使單縫和雙縫平行，以達(dá)到最佳效果。(3)干涉條紋與分劃板刻線不平行，可以通過轉(zhuǎn)動遮光簡使條紋與分劃板刻線平行。五、注意事項1．光源燈絲最好為線狀燈絲，與單縫平行并靠近。透鏡、濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦干凈。2．安裝時，注意使單縫和雙縫互相平行，使光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上。3．雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不能隨便拆卸遮光筒、測量頭等部件。

〖典例精析〗例1用單色光做如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，位置的調(diào)節(jié)很難做的完全精確．(1)如果光源前狹縫S(看作線光源)的位置向中線OO′的一側(cè)偏離了一個小距離，則與調(diào)節(jié)精確時相比，觀察屏E上條紋間距．(2)如果觀察屏E(垂直于圖畫)與它的正確位置成一個小角度，則與調(diào)節(jié)精確時相比，屏上條紋間距．例2某同學(xué)在做“雙縫干涉測定光的波長”實(shí)驗(yàn)時，第一次分劃板中心刻度線對齊第2條亮紋的中心時(如圖甲中的A)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示，第二次分劃板中心刻度線對齊第6條亮紋的中心時(如圖丙中的B)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示．已知雙縫間距d＝0.5mm，縫到屏的距離l＝1m．則：(1)圖乙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為cm.(2)圖丁中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為cm.(3)所測光波的波長為m(保留兩位有效數(shù)字)．〖隨堂演練〗1．某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到如圖甲所示的條紋，僅改變一個實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如圖乙所示．他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是()A．減小光源到單縫的距離 B．減小雙縫之間的距離C．增大雙縫到光屏之間的距離 D．換用頻率更高的單色光源E．換用頻率更低的單色光源2．用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在光屏上某點(diǎn)P，從中央O點(diǎn)開始計數(shù)，P點(diǎn)恰好為第三條亮紋，現(xiàn)改用波長較短的單色光照射，其他的條件不變，那么不可能的是()A．P處仍為第三條亮紋B．P處可能是第四條亮紋C．P處可能是第二條亮紋D．若將光屏向雙縫移近一些，在P處可能看到第二條亮紋E．中央O點(diǎn)仍為亮紋3．(1)備有下列儀器：A．白熾燈B．雙縫C．單縫D．濾光片E．白色光屏把以上儀器裝在光具座上時，正確的排列順序應(yīng)該是：________(填寫字母代號)．(2)已知雙縫到光屏之間的距離L＝500mm，雙縫之間的距離d＝0.50mm，單縫到雙縫之間的距離s＝100mm，某同學(xué)在用測量頭測量時，調(diào)整手輪，在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準(zhǔn)A亮條紋的中心，然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)B亮條紋的中心，前后兩次游標(biāo)卡尺的讀數(shù)如圖所示．則入射光的波長λ＝________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測量，可以采用的改善辦法有________．A．改用波長較長的光(如紅光)作為入射光 B．增大雙縫到屏的距離C．增大雙縫到單縫的距離 D．增大雙縫間距4．如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．對于某種單色光，為增大相鄰亮紋(暗紋)間的距離，可采取____________或____________的方法．

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁問題探究：1.透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。2.為了獲得一個線光源3.為了獲得單色光，放在光源和單縫之間。4.雙縫到屏的距離l和相鄰兩條亮條紋間的距離Δx（雙縫間的距離d已知）5.不能，用白光做實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于用多種單色光(白光是復(fù)色光)同時做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，而每種單色光都能夠在屏幕中間形成亮條紋(中央亮條紋),又由于各種單色光的波長不同,因此產(chǎn)生的中央亮條紋的寬度不同,疊加后全部重合的區(qū)域的顏色是白色,而邊緣只有部分波長較長的單色光,這一區(qū)域則形成彩光.?！嫉淅觥嚼?〖答案〗不變變大或變小〖解析〗(1)用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，相鄰干涉條紋之間的距離Δx＝eq\f(L,d)λ，雖然線光源偏離某一側(cè)一小段距離，但公式中各量沒有變化，因此條紋間距也不變；(2)觀察屏E(垂直于圖畫)與它的正確位置成一個小角度，根據(jù)相鄰干涉條紋之間的距離Δx＝eq\f(L,d)λ，導(dǎo)致屏與雙縫間距變大或變小，則屏上條紋間距可能變大或變小.例2〖答案〗1.2501.7706.5×10－7〖解析〗(1)圖乙中游標(biāo)卡尺是20個等分刻度，精確度為0.05mm，讀數(shù)為12mm＋0.05mm×10＝12.50mm＝1.250cm.(2)圖丁中游標(biāo)卡尺也是20個等分刻度，讀數(shù)為17mm＋0.05mm×14＝17.70mm＝1.770cm.(3)由Δx＝eq\f(l,d)λ可得