2019-2020学年高中物理 第13章 光 第3节 光的干涉 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长

第3节光的干涉第4节实验：用双缝干涉测量光的波长固知识、要点梳理要点一杨氏干涉实验1．物理史实：1801年，英国物理学家1____________成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性．托马斯·杨2．双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行的2__________的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是3__________的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生4__________．(2)实验现象：在屏上得到5__________的条纹．(3)实验结论：光是一种6__________．完全相同相同干涉明暗相间波3．单缝屏的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏(托马斯·杨当时没有激光)．4．双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．5．屏上某处出现亮、暗条纹的条件(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·λ2(k＝0,1,2,3，…)k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹．k为亮条纹的级次．(2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·λ2(k＝1,2,3，…)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．1．关于光的干涉，下列说法中正确的是()A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B．频率相同的两列光一定能产生干涉C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定解析：选C在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；两列光波产生干涉时，频率必须相同，但频率相同的光不一定产生干涉，B、D错误，C正确．2．(2018·潍坊高二检测)如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－7m的橙色光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹．若使用波长为4×10－7m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是()A．P和P1都是亮条纹B．P是亮条纹，P1是暗条纹C．P是暗条纹，P1是亮条纹D．P和P1都是暗条纹解析：选Bλ橙λ紫＝6×10－7m4×10－7m＝1.5＝32P1点对橙光：Δr＝n·λ橙对紫光：Δr＝nλ橙＝n·32λ紫＝3n·λ紫2因为P1与P相邻，所以n＝1，P1点是暗条纹．对P点，因为Δr＝0，所以仍是亮条纹，B正确．要点二干涉条件及双缝干涉图样特征1．干涉条件：两列光的7________相同、8__________方向相同、相位差9__________．2．相干光源：发出的光能够发生10__________的两个光源．频率振动恒定干涉3．条纹间距：条纹间距是指相邻亮条纹中央或相邻暗条纹中央间的距离．由数学知识可得条纹间距公式为Δx＝ldλ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光波长．4．单色光的干涉图样：若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等．中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．5．白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．这是因为：(1)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．(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．3．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后()A．干涉条纹消失B．彩色条纹中的红色条纹消失C．中央条纹变成暗条纹D．中央条纹变成红色解析：选D发生干涉的条件是两列光的频率相同．白光通过红色滤光片剩下红光，仍满足干涉条件，即能发生干涉现象，A选项错误；由白光变为了单色红光，因此不会出现彩色条纹，只剩下红色条纹，B选项错误；根据干涉规律可知，光程差等于整数个波长的位置为振动加强点，即亮条纹，故红光发生干涉时，中央条纹仍然为亮条纹，C选项错误；白光的干涉条纹，中央亮条纹为彩色，红光的干涉条纹，中央亮条纹为红色，D选项正确．4．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是()A．减小光源到单缝的距离B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏之间的距离D．换用频率更高的单色光源解析：选B由甲和乙两图可知改变条件以后条纹变宽，由Δx＝Ldλ可知，只有B正确．要点三用双缝干涉测量光的波长1．实验原理由公式Δx＝ldλ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝dlΔx计算出入射光波长的大小．2．实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺．3．实验步骤(1)器材的安装与调整①先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如图所示，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，使线状光源、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，在遮光筒有光屏的一端安装测量头，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央．(2)观察双缝干涉图样①调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮．在屏上就会看到白光的双缝干涉图样．②在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．(3)测定单色光的波长①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条纹的中心，记下手轮的读数a1.继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数a2和移过分划板中心刻度线的条纹数n.②用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．③重复测量、计算，求出波长的平均值．④换用不同的滤光片，重复实验．4．数据处理(1)用测量头测量某单色光干涉图样的条纹间距Δx＝a2－a1n－1.(2)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)．(3)将测得的l、d、Δx代入Δx＝ldλ，求出光的波长λ，重复测量、计算，求出波长的平均值．(4)换用不同颜色的滤光片，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长．5．(2018·林芝市一中检测)如图所示，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，为增加相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离，可采取________或________的方法．解析：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滤光片、③单缝屏、④双缝屏、⑤遮光筒、⑥光屏．根据Δx＝Ldλ，可知对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离，可采取减小双缝距离d或增大双缝到光屏的距离l的方法．答案：滤光片单缝屏双缝屏减小双缝距离增大双缝到光屏的距离6．在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________(选填“”“＝”或“”)Δx2.若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为________mm.解析：由红光波长比绿光长和双缝干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ可知，红光的干涉条纹间距大，所以Δx1Δx2.由Δx＝Ldλ，解得d＝0.300mm.答案：0.300