2019-2020学年高中物理 第十三章 光 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长课件 新人教版选修

第4节实验：用双缝干涉测量光的波长01实验认知导学02实验核心解读03典例探究剖析04课后达标检测一、实验目的1．观察白光及单色光的双缝干涉图样．2．掌握用公式Δx＝ldλ测定波长的方法．3．会用测量头测量条纹间距离．二、实验原理光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝后相当于两个相干光源，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．若用白光照射，通过两狭缝可以在屏上观察到彩色条纹．根据λ＝dlΔx可以计算出单色光的波长．公式中d为双缝间的距离，Δx为相邻两条亮纹的距离，l为双缝与屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出l、Δx即可测出光的波长．三、实验器材双缝干涉仪：包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃光屏、光具座、测量头及刻度尺等.一、实验步骤1．观察双缝干涉图样(1)将光源、遮光筒、毛玻璃光屏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到达光屏．(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约为5～10cm，这时可观察到白光的干涉条纹．(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．2．测定单色光的波长(1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．(2)使分化板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图所示，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分化板中心刻线移至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，得出n个亮条纹间的距离为a＝|a2－a1|，则相邻两亮条纹间距Δx＝|a2－a1|n－1.(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．(4)重复测量、计算，求出波长的平均值．(5)换用不同的滤光片，重复实验．二、数据处理1．条纹间距的计算：Δx＝|a2－a1|n－1.2．波长计算：λ＝dlΔx.3．计算多组数据，求λ的平均值．三、误差分析实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意l和Δx的测量．光波的波长很小，l、Δx的测量对波长的影响很大．1．l的测量：l用毫米刻度尺测量，如果可能，可多次测量求平均值．2．条纹间距Δx的测定Δx利用测量头测量．可利用“累积法”测n条亮纹间距，再求Δx＝an－1，并且采用多次测量求Δx平均值的方法进一步减小误差．四、注意事项1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件．2．安装时，要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直．3．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近．4．实验中会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关．类型一实验操作与读数[典例1]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，要把它们放在图甲所示的光具座上组成双缝干涉装置，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)本实验的步骤如下：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乙所示．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，记下此时图丙中手轮上的示数为________mm，求得相邻亮纹的间距Δx＝________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是用来从白光中选出单色红光的，单缝屏是用来获得线光源的，双缝屏是用来获得相干光源的，最后成像在毛玻璃屏上．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；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上．(3)测量头的读数应先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图丙读数为13.870mm，图乙读数为2.320mm，所以相邻亮条纹间距Δx＝13.870－2.3205mm＝2.310mm.(4)由条纹间距公式Δx＝ldλ得λ＝dΔxl代入数据得：λ＝6.6×10－7m＝6.6×102nm.[答案](1)EDB(2)见解析(3)13.8702．310(4)dΔxl6.6×102类型二实验数据处理[典例2]在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示)，并选用缝间距d＝0.20mm的双缝屏．从仪器注明的规格可知，光屏与双缝屏间的距离L＝700mm.然后，接通电源使光源正常工作．(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙a所示，图乙a中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙b中游标尺上的读数x1＝1.16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙a所示，此时图丙b中游标尺上的读数x2＝_______mm；(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝_____mm；这种色光的波长λ＝_______nm.[解析]由图知条纹移动了6个条纹间距的宽度，则有Δx＝15.02－1.166mm＝2.31mm；再由Δx＝Ldλ，可求出λ＝0.2×2.31700mm＝6.6×102nm.[答案](1)15.02(2)2.316.6×102