选择性必修 第一册第1节 光的干涉集体备课ppt课件

这是一份选择性必修 第一册第1节 光的干涉集体备课ppt课件，共49页。PPT课件主要包含了双缝干涉仪，关键能力·素养形成，实验研析•素养迁移，创新评价，课堂检测·素养达标等内容，欢迎下载使用。
【实验目的】1.用双缝干涉实验装置测量光的波长;2.学习测量微小距离的方法。【实验器材】光具座、___________(由光源、滤光片、单缝、_____、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源。
【实验原理与设计】1.实验原理:根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ= Δy,分别测量d、l、Δ y,可求得光波波长。2.实验设计——三个物理量的测量方法:(1)双缝间距d直接读取;(2)双缝到光屏之间的距离l通过光具座的刻度测量;(3)相邻两条亮纹或暗纹中心距离Δ y用测量头读出。
【实验过程】一、实验步骤1.如图所示,在光具座上把各光学原件装配好。
2.从遮光筒上取下双缝,打开电源,调节光源的高度,直到光束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃光屏的中心。3.放上单缝和双缝,使它们的距离为5～10厘米,并保持缝相互平行。注意各光学元件中心应大致位于遮光筒的轴线上。4.观察屏上的白光干涉条纹的特点。给光源加上不同的滤光片,看条纹的色彩、间距发生了什么变化,相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等。
5.记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离l。6.转动手轮,先使分划板的中心刻线对准某条亮纹中心,如图所示,记下此时的读数。继续转动手轮,使分划板中心刻线移过n条条纹,对齐另一亮纹中心,再记下此时的读数。转动手轮进行测量时,一次测量中不要反向旋转。
7.把测量结果记录在数据表格中,算出两次读数之差,求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δ y。求出光的波长。
【思考·讨论】　如图所示,与两缝之间的距离d相比,每个狭缝都很窄,宽度可以忽略。两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。需要知道哪些量,就可以求该激光的波长?(科学思维)
提示:知道双缝间距d、双缝到屏的距离l和条纹间距Δy,就可以求得波长λ= Δy。
二、数据收集与分析1.列d、l、Δy数据收集表:
2.实验结论:通过实验数据求得光的波长。
【思考·讨论】　怎样比较准确地测量相邻条纹的平均间距Δy?(科学思维)提示:Δy利用测量头测量,可利用“累计法”测n条亮条纹间距,再求Δy= ,并且采用多次测量求平均值的方法进一步减小误差。
【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.测量头的分划板中心刻线要对准条纹的中心。5.要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,再求Δy。
类型一　实验操作【典例1】在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图所示):
(1)下列说法中错误的是________。(选填选项前的字母) A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减小测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距Δy=
(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图所示,其示数为________mm。
【解析】(1)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,无需放上单缝和双缝,故A错误;测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐,故B正确;为了减小测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距Δy= ,再利用公式Δy= λ便可得到波长的测量值,故C正确;本题选择错误的,故选A。
(2)螺旋测微器的主尺读数为1.5 mm,可动刻度是0.01 mm×47.0=0.470 mm,总读数为1.5 mm+0.470 mm=1.970 mm。答案:(1)A　(2)1.970
类型二　数据处理【典例2】用双缝干涉测光的波长,已知双缝与屏的距离L=0.700 m,双缝间距d=0.200 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。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亮纹的中心,如图甲所示,记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第6条亮纹的中心时,手轮上的读数如图乙所示,则对准第1条时读数x1=________mm、对准第6条时读数x2=________mm。 (2)写出计算波长λ的表达式,λ=________(用x1、 x2 、L 、d表示,不用计算)。 (3)在屏上观察到了干涉条纹,如果将双缝到屏距离增大,则屏上的干涉条纹的间距将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。 
【解析】(1)主尺读数为1 mm,可动刻度为19.0×0.01 mm,读数为1 mm+19.0×0.01 mm=1.190 mm,同理可得x2的读数为9.869 mm;(2)由Δy= λ可知λ= (3)由公式Δy= λ可知将双缝到屏距离增大,则屏上的干涉条纹的间距将变大答案:(1)1.190(1.189～1.191)　9.869(9.868～9.870)(2) 　 (3)变大
【变式训练】利用双缝干涉测定单色光波长,某同学在做该实验时,第一次将分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲),游标卡尺的示数如图丙所示,第二次将分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距为 0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图丙中游标卡尺的示数为________mm,图丁游标卡尺的示数为________mm。在实验中,所测单色光的波长为________m。在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片,那么在光屏上将________(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹。  
【解析】根据游标卡尺的原理,可读出图丙的示数为11.40 mm,图丁的示数是16.80 mm。Δy= =1.35 mm。又根据Δy= λ,则λ= Δy=6.75×10-7 m。当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时,不满足干涉条件,故不能看到明暗相间的条纹。答案:11.40　16.80　6.75×10-7　不能
类型三　实验创新【典例3】在观察光的干涉现象的实验中,将两片刀片合在一起,在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝;按如图所示的方法,让激光束通过自制的双缝。
(1)双缝的作用是当激光照射它时(　　)A.在双缝处形成明暗相间等间距的条纹B.形成相干光并在光屏上出现中间宽两边窄的条纹C.形成两束增强的光并进行叠加形成明暗相间的条纹D.形成振动情况相同的两束光并在光屏上形成明暗相间等间距的条纹(2)实验时如果增大双缝到光屏的距离,条纹间距________,条纹亮度________。 
【解析】(1)双缝的目的在于产生双缝干涉现象,使后面的光屏上形成明暗相间的等间距的条纹,故选D;(2)由Δy= λ可知,增大双缝到光屏的距离后,可以使条纹间距增大;而同时条纹的亮度会变暗。答案:(1)D　(2)增大　变暗
1.下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(　　)A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D.在光屏上能看到光的干涉图样,但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生
【解析】选B。单缝的作用是获得一个线光源,双缝的作用是为了获得频率相同的两个光源,故A错误,B正确;光屏上距两缝的路程差等于半波长的奇数倍处出现暗条纹,光屏上距两缝的路程差等于半波长的偶数倍处出现明条纹,故C错误;两列光波只要相遇就会叠加,满足相干条件就能发生干涉,所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉,用光屏接收只是便于肉眼观察,故D错误。故选B。
【补偿训练】　　(多选)某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于(　　)A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大B.没有安装滤光片C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强
【解析】选A、C。安装实验器件时要注意:光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合,光源与光屏正面相对,滤光片、单缝和双缝要在同一高度,中心位置在遮光筒轴线上,单缝与双缝要相互平行,才能使实验成功。还要使光源发出的光束不要太暗。据以上分析,可知选项A、C正确。
2.如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图。乙图为用绿光进行实验时,在屏上观察到的条纹情况,a为中央亮条纹,丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况,a′为中央亮条纹。则以下说法正确的是(　　)A.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短D.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短
【解析】选A。根据双缝干涉图样的特点,入射光的波长越长,同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大。由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长,因此A正确,B、C、D错误。
3.用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件(其中双缝和光屏连在遮光筒上):A.白炽灯　B.单缝片　C.光屏　D.双缝　E.滤光片(1)把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:__________________; (2)正确调节后,在屏上观察到红光干涉条纹,用测量头测出10条红亮条纹间的距离为a;改用绿色滤光片,其他条件不变,用测量头测出10条绿亮条纹间的距离为b,则一定有a________b(选填“>”“Δy2。答案:(1)AEBDC　(2)>
4.利用双缝干涉测定光的波长实验中,取双缝间距d=0.25 mm, 双缝光屏间距离L=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图,分划板在图中A、B位置时手轮上的读数如图,则图中A位置的读数为________mm,B位置的读数为________mm,单色光的波长为________m。 
【解析】图中A位置的读数为2 mm+0.01 mm×19.1=2.191 mm,B位置的读数为7.5 mm+0.01 mm×36.8=7.868 mm;Δy= =0.811 mm,根据Δy= λ,解得λ= =4.1×10-7 m。答案:2.191 ( 2.190～2.193都可)7.868(7.865～7.870都可)　4.1×10-7
5.某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图所示,激光器发出一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒,感光片的位置上出现一排等距的亮线。
(1)这个现象说明激光具有________性。 (2)某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时如图(1)所示,游标卡尺的示数如图(2)所示;第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时如图(3)所示,游标卡尺的读数如图(4)所示。已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图(2)中游标卡尺的示数为________mm,图(4)中游标卡尺的示数为________mm,所测光波的波长为__________m(波长值保留两位有效数字)。 
【解析】(1)光的干涉现象说明激光具有相干性;(2)图(2)游标卡尺的主尺读数为11 mm,游标读数为0.1×4 mm=0.4 mm,则最终读数为11.4 mm,图(4)游标卡尺的主尺读数为16 mm,游标读数为0.1×8 mm=0.8 mm,则最终读数为16.8 mm,则相邻条纹的间距Δy= mm=1.35 mm,根据Δy= λ得,λ= m=6.8×10-7 m答案:(1)相干　(2)11.4　16.8　6.8×10-7
6.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,要把它们放在如图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,由左到右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。 (2)已知测量头是50分度的游标卡尺。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图(a)所示,图(a)中的数字是该同学给各亮纹的编号,此时图(b)中游标卡尺的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图(c)所示,此时图(d)中游标卡尺的读数x2=________mm。 
(3)利用上述测量结果,该同学经计算得这种色光的波长λ=660 nm。已知L=700 mm,则该同学选用的双缝屏的缝间距d=________mm。(计算结果保留两位有效数字) 
【解析】(1)为获取单色线光源,白光光源后面要有滤光片、单缝、双缝,即为E、D、B;(2)游标卡尺的主尺读数为15 mm,游标读数为0.02×1 mm=0.02 mm,所以最终读数为15.02 mm;相邻亮条纹的间距Δy=
(3)根据Δy= 得d= 答案:(1)E　D　B　(2)15.02　(3)0.20
7.某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可________; A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=________; (3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。