教科版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光及其应用5 实验：用双缝干涉测量光的波长教课内容课件ppt

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1.会调节各个仪器共轴,单、双缝平行。(科学探究)2.能正确安装、使用测量头,会读数。(科学探究)3.会用“累积法”测量亮条纹间距,进而测量光的波长。(科学探究)
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一、实验原理单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ= Δx。　　　　　　　　 d的大小由系统直接给出
二、实验操作1.观察双缝干涉图样(1)将光源、遮光管、毛玻璃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遮光管轴线到达光屏。(4)安装单缝和双缝,尽量使缝的中点位于遮光管的轴线上,使单缝与双缝　　　　。 (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,在单缝　　　　加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,再调节目镜,就能同时清晰地看到　　　　　　和干涉条纹,然后绕光轴转动测量头,使分划线与干涉条纹　　　　,固定好测量头后即可进行测量。 (2)先移动测量头上的手轮,把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹(或者暗条纹),并记下它在游标卡尺上的读数x1,然后转动手轮,把分划线移向右边,并对准第n条(一般可取7左右)干涉亮条纹(或暗条纹)。这时游标卡尺的读数为xn。(3)用刻度尺测量双缝与光屏间的距离l(d是已知的)。(4)改变双缝间的距离d,双缝到屏的距离l,重复测量。
计算多组数据,求λ的平均值。
易错辨析(1)本实验安装时,注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光管的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且间距适当。(　　)(2)光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且距离要远些。(　　)(3)调节的基本依据:照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光管不共轴。(　　)(4)实验时,干涉条纹不清晰,与单缝与双缝是否平行无关。(　　)
探究点一　实验原理和操作
【例1】 某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图甲所示。甲(1)某同学经过粗略的调试后,出现了干涉图样,但不够清晰,以下调节做法正确的是　　　　。 A.旋转测量头 B.移动光源C.拨动金属拨杆
(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,如图乙所示。若要使两者对齐,该同学应　　　　。 A.仅左右转动透镜B.仅旋转单缝C.仅旋转双缝D.仅旋转测量头
(3)下列选项中,条纹间距表示正确的是　　　　。 
答案 (1)C　(2)D　(3)CE解析 (1)使单缝与双缝相互平行,干涉条纹将更加清晰明亮,因此需要增大条纹的宽度,根据公式Δx= λ可知,增大双缝到屏的距离或减小双缝之间的距离都可以增大条纹间距,所以需要移动金属拨杆,故选C。(2)发现干涉图样里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,若要使两者对齐,该同学应调节测量头,分划板竖线随之旋转,可使分划板竖线与亮条纹对齐,故A、B、C错误,D正确。(3)条纹间距指的是相邻两条亮条纹的中心线的距离,或相邻两条暗条纹的中心线的距离,因此C、E正确。
对点演练1某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长,他所使用的装置如图所示,光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光管、毛玻璃、放大镜。(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)通过正确操作,该同学从目镜中看到如图甲所示的图像,转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准a时,手轮的读数x1=1.002 mm;继续转动手轮,使分划板中心刻线对准b时,手轮的读数如图乙所示,x2=　　　　 mm。 
(3)计算通过单缝的单色光波长的表达式为λ=　　　　;若已知双缝间距d=2.0×10-4 m,双缝到屏的距离l=1.0 m,则待测光的波长为　　　　 nm(结果保留3位有效数字)。 (4)若想减少从目镜中观察到的条纹个数,该同学可以(　　)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.使用间距更大的双缝
解析 (1)由图可知,M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝,故选A。(2)由图可得,读数为x2=9.5 mm+26.2×0.01 mm=9.762 mm。
探究点二　实验数据处理和误差分析
【例2】 “用双缝干涉测量光的波长”实验中,一同学将所有器材按要求安装在如图所示的光具座上,经调节后完成实验。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有20分度。用某单色光照射双缝得到如图甲所示的干涉图样,分划板中心刻线在图中A位置时记下手轮上的示数为0.35 mm。转动手轮,分划板中心刻线在图甲中B位置时手轮上的示数如图乙所示,求得相邻亮条纹的间距Δx=　　　　 mm。 
(2)已知双缝间距d=0.2 mm,测得双缝到屏的距离L=0.700 m,由计算求得所测光的波长为　　　　 m(保留3位有效数字)。 (3)下列现象中能够观察到的有　　　　。 A.滤光片由蓝色换成红色,干涉条纹间距将变宽B.减小光源与双缝间的距离,干涉条纹间距将变宽C.换用间距较大的双缝屏,干涉条纹间距将变窄D.取出滤光片后,干涉现象将消失
答案 (1)2.45　(2)7.00×10-7　(3)AC解析 (1)图中B位置时的游标卡尺读数为15 mm+1×0.05 mm=15.05 mm。
(3)滤光片由蓝色换成红色,光的波长变长,根据Δx= λ可知干涉条纹间距将变宽,A正确;减小光源与双缝间的距离,干涉条纹间距不变,B错误;增大双缝的间距,d增大,干涉条纹间距变窄,C正确;去掉滤光片,通过双缝的不是单色光,光屏上出现彩色的干涉条纹,D错误。
对点演练2用图甲所示装置测量某种色光的波长,选用缝间距d=0.40 mm的双缝屏并调节像屏与双缝屏间的距离L=80 cm。
(1)某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一次看到的干涉条纹如图乙(a)所示,图乙中的数字是该同学对各条纹的编号,此时读数为14.6 mm;接着再转动手轮,再次看到的干涉条纹如图乙(b)所示,此时示数如图丙所示,读数为　　　　 mm。 
(2)利用上述测量结果可得两相邻亮条纹间的距离为　　　　 mm(保留3位有效数字)。 (3)这种色光的波长为　　　　 m(保留3位有效数字)。 
答案 (1)22.3　(2)1.28　(3)6.40×10-7解析 (1)依题图可知,其读数为22 mm+3×0.1 mm=22.3 mm。
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,要把它们放在如图甲所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置,用来测量红光的波长。
(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、E、　　　　、　　　　、A。 (2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,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条亮条纹中心对齐,此时手轮上的示数如图丙所示。图乙中的示数为　　　　 mm,图丙中的示数为　　　　 mm。 (3)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,则所测红光波长为　　　　 m。 
答案 (1)D　B　(2)2.320　13.870　(3)6.6×10-7解析 (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、E、D、B、A。(2)题图乙中手轮上的示数为2 mm+0.01×32.0 mm=2.320 mm,题图丙中手轮上的示数为13.5 mm+0.01 mm×37.0 mm=13.870 mm。
2.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,用图甲所示装置测量红光的波长。甲(1)图甲中单缝前标示的器材“A”应为　　　　　　　　。 
(2)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,如图乙所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距时,测量值　　　　(选填“大于” “小于”或“等于”)实际值。 乙
(3)若单缝到双缝距离为s,双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,实验中在像屏上得到的干涉图样如图丙所示,毛玻璃屏上的分划板刻线在图丙中B、C位置时,读数分别为x1、x2,则入射的单色光波长的计算表达式为λ=　　　　　　。 丙