选修3-4《实验：用双缝干涉测光的波长》复习课件

1．理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器．2．观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样．3．掌握用公式Δx＝λ测波长的方法．第3讲实验用双缝干涉测光的波长双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺．单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ＝d·Δx/l.附：测量头的构造及使用如图2－3－1甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图2－3－1乙，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．实际测量时，要测出n条明纹(暗纹)的宽度，设为a，那么Δx＝.一、安装仪器1．将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2－3－2所示．2．接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光．调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．3．安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行．二、观察与记录4．调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹．5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．6．调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离Δx＝.7．换用不同的滤光片，测量其他色光的波长．三、数据处理8．用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式λ＝Δx计算波长．重复测量、计算，求出波长的平均值．1．使用测量头测量a1、a2易出现误差．这样造成了条纹间距Δx的误差．2．用刻度尺测量l时，也容易出现误差．1．实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行．若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量．2．分划板上的刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量结果的误差．3．双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则影响测量结果．【例1】如图2－3－3所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②______、③______、④______、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取__________或__________的方法．解析：做该实验时用单色光，应特别注意，②是滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏．由条纹间距公式Δx＝λ可知，要增大相邻条纹间距，应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离．答案：滤光片单缝屏双缝屏增大双缝屏到光缝屏的距离减小两缝间距离【例2】现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图2－3－4所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A.(2)本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离．在操作步骤②时还应注意__________________________________________________________________________________(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2－3－5甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图2－3－5乙中手轮上的示数______mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm.(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm.解析：(1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏．所以排列顺序为：C、E、D、B、A.(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上．(3)螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13.870mm，图甲读数为2.320mm，所以相邻条纹间距Δx＝mm＝2.310mm.(4)由条纹间距离公式代入数值得：λ＝6.6×10－7m＝6.6×102nm.答案：(1)C、E、D、B、A(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上(3)13.8702.310(4)6.6×102【例3】在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行，当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分划板使分划中心刻线与某条明纹中心对齐时(如图2－3－6A所示)将此明纹记为1，然后再转动手轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2、3……明纹，最终与明纹6中心对齐，分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图2－3－6中B、C所示(游标卡尺为10分度)，则图B对应的读数为________m，图C对应的读数为________m．用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00cm，由双缝上标示获知双缝间距为0.2mm，则发生干涉的光波波长为________m.在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能的原因是________________________________．解析：图B对应读数为1.94×10－2m，图C对应读数为2.84×10－2m，根据公式Δx＝λ若粗调后看不到干涉条纹，只看到一片亮区，则最可能的原因是单缝与双缝不平行．答案：1.94×10－22.84×10－26.00×10－7单缝与双缝不平行