物理第四章 光4 实验：用双缝干涉测量光的波长备课课件ppt

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实验目的1.了解光产生稳定干涉图样的条件。2.观察白光及单色光的双缝干涉图样。3.掌握用公式 测定波长的方法。4.会用测量头测量条纹间距离。
实验原理1.测量原理。
2.测量Δx的方法。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,如图甲所示,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个亮条纹间的距离a,则可求出相邻两亮条纹间的距离
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、刻度尺。
实验步骤1.按图所示安装仪器。
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(绿)色滤光片,让通过后的条形光斑恰好落在双缝上,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,分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心,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条纹中心,记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n。
6.换用另一滤光片,重复步骤3、4、5,并求出相应的波长。
数据处理1.单缝、双缝应相互平行,其中心大致位于遮光筒的轴线上,双缝到单缝距离应相等。2.测双缝到屏的距离l可用刻度尺测多次取平均值。3.测条纹间距Δx时,用测量头测出n条亮(暗)条纹间的距离a,求出相邻的两条亮(暗)条纹间的距离
注意事项1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行。2.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。3.测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。4.要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,再求Δx。5.照在像屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致,干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。
误差分析1.测双缝到屏的距离l带来的误差,可通过选用毫米刻度尺,进行多次测量求平均值的办法减小相对误差。2.测条纹间距Δx带来的误差。(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。(2)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。(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。(4)利用“累积法”测n条亮纹间距,再求 ,并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差。
热点1 实验原理与操作
典例剖析现有毛玻璃屏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实验装置,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)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,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;②按合理的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用刻度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)测量数条亮条纹间的距离。在操作步骤②时还应注意　　　　　、　　　　　　。
答案:(1)E　D　B(2)放置单缝、双缝时,必须使缝平行　单缝、双缝间的距离要适当解析:(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光,单缝D获得线光源,双缝B获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。
学以致用1.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光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、目镜,如图所示。
(1)M、N、P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(2)对于某种单色光,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取的方法有　　　　。  A.减小双缝间距离B.增大双缝间距离C.减小双缝到屏的距离D.增大双缝到屏的距离(3)如果测得双缝与屏的距离为l,双缝间距为d,相邻两条亮纹中心间的距离为Δx,写出计算波长λ的表达式为　　　。
答案:(1)A　(2)AD　
热点2 数据处理与误差分析
典例剖析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)以线状白炽灯为光源,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。A.单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹疏密程度与双缝间距离有关D.干涉条纹间距与光的波长有关以上几点正确的是　　　　。 (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时,手轮上的示数如图乙所示,该读数为　　　　 mm。 
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。 答案:(1)ACD(2)0.705(3)大于
解析:(1)实验中,单缝和双缝必须平行放置,故选项A正确;干涉条纹与双缝平行,故选项B错误;根据干涉条纹的间距公式 知,干涉条纹疏密程度及间距与双缝间距离、波长有关,故选项C、D正确。(2)读数为0.5 mm+0.01 mm×20.5=0.705 mm。(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Δx测量值偏大。
学以致用利用双缝干涉测定光的波长实验中,双缝间距d=0.4 mm,双缝到光屏的距离l=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示。
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数xA=11.1 mm,xB=　　　　　　 mm,相邻两条纹间距Δx=　　　　 mm。 (2)波长的表达式λ=　　　　(用Δx、l、d表示),该单色光的波长λ=　　　　　 m。 (3)若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将　　　　(选填“变大”“不变”或“变小”)。 
答案:(1)15.6　0.75　(2) 　6.0×10-7　(3)变小
1.某同学利用如图所示的实验观察光的干涉现象,其中A为单缝屏,B为双缝屏,C为光屏。当让一束阳光照射A屏时,C屏上并没有出现干涉条纹,移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(　　)A.单缝S太窄B.单缝S太宽C.S到S1和S2距离不相等D.阳光不能作为光源答案:B
解析:双缝干涉中单缝的作用是获得线光源,而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的,这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽,得不到线光源。故选项B正确。
2.(多选)用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图所示,调整实验装置使屏上可以接收到清晰的干涉条纹。关于该实验,下列说法正确的是(　　)
A.若将滤光片向右平移一小段距离,光屏上相邻两条明纹中心的距离增大B.若将光屏向右平移一小段距离,光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大C.若将双缝间的距离d减小,光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大D.若将滤光片由绿色换成蓝色,光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大答案:BC
3.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。