2020年高中物理 第四章 光4.5 用双缝干涉实验测定光的波长课件 教科版选修3-4

第五节用双缝干涉实验测定光的波长目标导航预习导引学习目标1.知道波长是光的重要参数。2.通过实验,学会运用光的干涉测定光的波长。3.更进一步理解光产生干涉的条件重点难点用双缝干涉测光的波长的实验原理目标导航预习导引一二一、观察双缝干涉图样1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏等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轴线射到光屏上。4.安装双缝和单缝,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5~10cm,这时,可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。目标导航预习导引一二二、测定单色光的波长1.实验的步骤(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亮条纹中心时,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亮条纹的中心时,记下此时手轮上的读数a2;并记下两次测量时移过的亮条纹数n,则相邻两亮条纹间距(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。(5)换用不同滤光片,重复实验。Δx=|𝑎2-𝑎1𝑛-1|。2.数据处理:由Δx=𝑙𝑑·λ知λ=Δ𝑥·𝑑𝑙。目标导航预习导引一二实验中为什么不直接测相邻条纹间距Δx,而要测几个条纹间距来求平均值?提示由于光的波长很小,实验中条纹宽度很小,直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现,只能先测出n个条纹间距,再求相邻亮条纹间的距离,这样既便于测量,又可以减小误差。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一、观察双缝干涉图样器材的安装与调整时应注意:(1)先将光源、遮光筒依次放于光具座上,调整光源的高度,使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)将单缝和双缝安装在光具座上,使光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上,并注意使双缝与单缝相互平行,在遮光筒有光屏一端安装测量头,如图所示,调整分划板位置直到分划板中心刻线位于光屏中央。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用1.不同颜色的单色光的干涉条纹会有什么不同?请你作出猜想,并在后面实验中验证。答案:据知,不同颜色单色光的干涉条纹间距不同,波长越长,条纹间距离越大。Δx=𝑙𝑑λ一二知识精要思考探究典题例解迁移应用2.在实验中,若用白光作光源,得到的干涉图样有什么不同?中央亮纹为什么是白色?其他亮纹中为什么红色在最外侧、紫色在最内侧?答案:若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央是白色的。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,各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红色光的亮条纹间的宽度最大,红色在亮纹的最外侧,紫色光亮条纹间的宽度最小,紫色在亮纹的最内侧,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样就形成了彩一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】下图是用双缝干涉测光的波长的实验装置示意图。(1)图中①是光源,⑤是光屏,它们之间的②、③、④依次是、、。(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离()A.增大③和④之间的距离B.增大④和⑤之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片D.增大双缝之间的距离一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(3)在某次实验中,已知双缝到光屏之间的距离是600mm,双缝之间的距离是0.20mm,单缝到双缝之间的距离是100mm。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,由此可以计算出所测单色光的波长为nm。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用思路分析对于波长的计算,将两次手轮的读数相减,求出n条亮条纹间的距离a,利用公式Δx=𝑎𝑛-1算出相邻两条亮条纹的间距,然后利用公式λ=𝑑𝑙Δx求出此单色光的波长λ。解析:(1)各器件在光具座上的排序依次为:光源、滤光片、单缝、双缝、光屏。(2)根据,增大④和⑤之间的距离l,能增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离,故选项A错误,B正确;将红色滤光片改为绿色滤光片,λ减小,则Δx减小,选项C错误;增大双缝之间的距离即增大d,则Δx减小,选项D错误。Δx=𝑙𝑑λ答案:(1)滤光片单缝双缝(2)B(3)0.640(0.639~0.641均正确)10.793(10.792~10.794均正确)564一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(2017·全国卷Ⅱ)(多选)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是()A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动答案:ACD一二知识精要典题例解迁移应用二、测定单色光的波长本实验的原理是依据条纹间距Δx与两缝间距d,双缝到屏的距离l和入射光的波长λ的关系:Δx=𝑙𝑑λ来测波长的,其中λ=𝑑𝑙Δx。在实际实验中因为条纹间距很小,不便于直接测量,所以我们通常采用测第1条到第n条亮(或暗)纹之间的距离a,然后由Δx=𝑎𝑛-1来求条纹间距的方法。这样既便于测量,又可以减小测量的相对误差。一二知识精要典题例解迁移应用【例2】用单色光做双缝干涉实验,下列说法中正确的是()A.中间部分两相邻明条纹的间距是两边两相邻明条纹的间距的2倍B.两相邻明条纹的间距是相等的C.屏与双缝之间的距离减小,则屏上两相邻明条纹的间距增大D.在实验装置不变的情况下,红光的两相邻明条纹的间距小于蓝光的两相邻明条纹的间距思路分析根据两相邻明条纹的间距公式,可以看出两相邻明条纹的间距是相等的,条纹间距与波长、双缝到屏间的距离和双缝间的距离有关。Δx=𝑙𝑑λ一二知识精要典题例解迁移应用解析:双缝干涉实验中,明条纹是等间距的,选项A错误,B正确。两相邻明条纹的间距,其中d是双缝间的距离,l是双缝到屏的距离,λ是光的波长,可见,屏与双缝之间的距离减小,则屏上两相邻明条纹的间距减小,选项C错误。红光的频率比蓝光的小,则红光的波长比蓝光的长,故红光的两相邻明条纹的间距大于蓝光的两相邻明条纹的间距,选项D错误。答案:BΔx=𝑙𝑑λ一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用用双缝干涉测光的波长。实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝的距离l1=60mm,双缝与屏的距离l2=700mm,单缝宽d1=0.10mm,双缝间距d2=0.25mm。用测量头来测量光屏上干涉亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准屏上亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的刻度。一二知识精要典题例解迁移应用甲乙一二知识精要典题例解迁移应用(1)当分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1=mm,对准第4条时读数x2=mm,相邻两条亮纹间的距离Δx=mm。丙(2)计算波长的公式λ=;求得的波长值是nm。一二知识精要典题例解迁移应用答案:(1)2.1907.8651.892(2)𝑑2𝑙2Δx676解析:(1)按照螺旋测微器的读数规则对目镜中观察到的情况读数,将固定刻度和可动刻度上的读数相加即可,得到第1条亮纹对应的读数x1=2.190mm,第4条亮纹对应的读数x2=7.865mm。第1条和第4条间有3个亮条纹间距,故相邻两条亮条纹间距Δx=𝑥2-𝑥14-1=7.865-2.1903mm≈1.892mm。(2)由相邻亮条纹的中心间距公式Δx=𝑙𝑑λ可得波长计算公式λ=𝑑2𝑙2Δx,代入数据可得λ=676nm。