2020版高中物理 第十三章 4 实验 用双缝干涉测量光的波长课件 新人教版选修3-4

4实验:用双缝干涉测量光的波长实验解读掌握基础一、实验目的1.观察白光及单色光的双缝干涉图样.2.会用双缝干涉实验测量单色光的波长.二、实验原理1.光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹.2.若双缝到屏的距离为l,双缝间的距离为d,相邻两条亮条纹间的距离为Δx,由于Δx=ldλ,则入射光的波长λ=dxl.实验中d是已知的,测出l,Δx即可测出光的波长λ.3.用测量头测量条纹间距Δx.测量头由分划板、目镜、手轮等构成,测量时先转动测量头,让分划板中心刻线与干涉条纹平行,然后转动手轮,使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐,记下此时读数,再转动手轮,用同样的方法测出n条亮条纹间的距离a,可求出相邻两亮条纹间的距离Δx=1an.三、实验器材毫米刻度尺、光具座、单缝、双缝、滤光片(红、绿各一片)、遮光筒、光源、毛玻璃屏、测量头(目镜、分划板、手轮等).科学探究突破创新一、实验操作1.按如图所示安装仪器.2.将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上.3.使光源发光,在光源和单缝之间加红(或绿)色滤光片,通过遮光筒上的测量头,仔细调节目镜,观察单色光的干涉条纹,撤去滤光片,观察白光的干涉条纹(彩色条纹).4.加装滤光片,通过目镜观察单色光的干涉条纹,同时调节手轮,使分划板的中心刻线对齐某一亮纹的中心,记下手轮的读数,然后继续转动使分划板移动,直到分划板的中心刻线对齐另一亮纹中心,记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的亮条纹数n.5.将两次手轮的读数相减,求出n条亮纹间的距离a,则Δx=1an,算出亮条纹间距,然后利用公式Δx=ldλ求出此单色光的波长λ(d,l仪器中都已给出).6.换用另一滤光片,重复步骤4,5,并求出相应的波长.二、数据处理根据实验过程中记录的五组数据分别计算出波长λ,其平均值即为各单色光的波长,即=125+5….三、误差分析产生原因减小方法干涉条纹没有调到最清晰调节遮光筒的长杆,拨动双缝分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心转动测量头手轮,使中心刻线对齐某条亮纹中心双缝到屏的距离l的测量出现误差多次测量求平均值四、注意事项1.放置单缝和双缝时,必须使缝互相平行.2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝和屏的中心在同一条轴线上.3.测量头的中心刻线要与亮条纹的中心对齐.4.测量头分为两种,其测量原理分别为螺旋测微器和游标卡尺.5.要多测几个亮条纹中心间的距离,再求Δx.典例研析拓展提升类型一实验操作与注意事项[例1]如图所示,在“用双缝干涉测量光的波长”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毛玻璃.(1)②,③,④三个光学元件依次为.A.滤光片、单缝、双缝B.单缝、滤光片、双缝C.单缝、双缝、滤光片D.滤光片、双缝、单缝解析:(1)根据实验原理,白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝,故选A.答案:(1)A(2)如果实验时将红色滤光片换为绿色滤光片,则相邻亮纹(暗纹)间的距离.A.变大B.变小C.不变D.可能变大可能变小答案:(2)B解析:(2)根据Δx=ldλ知增大光屏到双缝的距离l或者减小双缝间距d,可以使条纹间距增大;将红色滤光片换为绿色滤光片,波长减小,则相邻亮纹(暗纹)间的距离变小,故B正确,A,C,D错误.[针对训练1]在观察光的双缝干涉现象的实验中:(1)将激光束照在如图(乙)所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图(甲)中的.解析:(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹,A图正确;答案:(1)A(2)换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的条纹宽度将;保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将.(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)答案:(2)变宽变窄解析:(2)根据Δx=ldλ知,双缝间的距离d减小时,条纹间距变宽;当双缝到屏的距离l减小时,条纹间距变窄.类型二实验原理与数据处理[例2]图(甲)是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置.测得双缝屏到毛玻璃屏的距离为0.2m,双缝之间的距离为0.4mm.图(乙)是通过该仪器的观测装置看到毛玻璃屏上的干涉图样,其中1,2,3,4,5,…是明条纹的编号.图(丙)、图(丁)是利用该仪器测光的波长时观察到的情景,图(丙)是测第1条明条纹的位置时的情景,此时手轮的读数为mm,图(丁)是测第4条明条纹的位置时的情景,此时手轮的读数为mm.根据上面测出的数据可知,被测光的波长为nm.解析:图(丙)中手轮的读数为0.5mm+0.01mm×0.8=0.508mm图(丁)中手轮的读数为1.5mm+0.01mm×0.9=1.509mm两相邻明条纹之间的间距为Δx=1.5090.5083mm=0.334mm由Δx=ldλ,有λ=dxl=330.4100.334100.2m=6.68×10-7m=668nm.答案:0.5081.509668(3)理解熟记两个公式:①由Δx=1an计算条纹间距;②由公式Δx=ldλ计算波长.方法总结(1)一个条纹间距是指两相邻亮(或暗)条纹中心的距离.(2)该类问题测量头的读数有两种情况:一是与游标卡尺的读数相同,另一个是与螺旋测微器的读数相同.(4)注意Δx和λ,l,d的单位要统一.[针对训练2]在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图(甲)所示.(1)以白炽灯为光源,对实验装置进行了调节并观察实验现象后,总结出以下几点,你认为正确的是.A.单缝和双缝必须平行放置B.各元件的中心可以不在遮光筒的轴线上C.双缝间距离越大呈现的干涉条纹越密D.将滤光片移走则无干涉现象产生解析:(1)单缝和双缝必须与灯丝平行,故A正确;各元件的中心必须在遮光筒的轴线上,故B错误;干涉条纹的间距公式为Δx=ldλ,那么双缝间距离越大,则干涉条纹间距越小,干涉条纹越密,故C正确;去掉滤光片,干涉现象不消失,光屏上出现彩色的干涉条纹,故D错误.答案:(1)AC(2)当测量头中的分划板中心刻线第一次对齐A条纹中心时,游标卡尺的示数如图(丙)所示,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时,游标卡尺的示数如图(戊)所示.已知双缝间距为0.5mm,从双缝到屏的距离为1m,则图(戊)中游标卡尺的示数为mm,所测光波的波长为m.(保留两位有效数字)(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,如图(己)所示.则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时,测量值实际值.(选填“大于”“小于”或“等于”)解析:(2)图(丙)中游标卡尺的主尺读数为11mm,游标尺读数为0.1×4mm=0.4mm,所以最终读数为11.4mm.图(戊)中游标卡尺的主尺读数为16mm,游标尺读数为0.1×7mm=0.7mm,所以最终读数为16.7mm.相邻干涉条纹的中心间距为Δx=16.711.44mm=1.325mm.根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=ldλ得λ=xdl=331.325100.5101m≈6.6×10-7m.答案:(2)16.76.6×10-7(3)大于(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,条纹间距测量值Δx偏大.