高中物理4 实验：用双缝干涉测量光的波长课文课件ppt

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一、实验目的1.观察白光及单色光的双缝干涉图样。单色光的颜色与滤光 片颜色相同,白光经滤光片后,其他色光大多数被滤光片吸收了2.利用公式Δx= λ测定单色光波长。二、实验思路由公式Δx= λ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,只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx,即可由公式λ= Δx计算出入射光波长的大小。
d的大小由器材本身给出,不需要测量
三、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、刻度尺等。
四、实验步骤1.观察双缝干涉图样
(1)将光源、透镜、遮光筒、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筒轴线到达光屏。(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,二者间距为5~10 cm,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.物理量的测量(1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。(2)使分划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,使分划板中心刻线移到另一亮条纹的中央,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(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)换用不同颜色的滤光片,重复实验。
每种颜色的滤光片只能透过该种颜色的光
五、数据处理　 　　　将测得的l、d、Δx代入Δx= λ,求出光的波长λ。重复测量、计算,求出波长的平均值。六、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用毫米刻度尺测量,如果可能,可多次测量求平均值。2.Δx利用测量头测量。可利用“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。
易错辨析(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)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,要保证光源、透镜、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)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,光源使用线状长丝灯泡,调节时使之与单缝平行且距离较远。(　　)(4)用双缝干涉测量光的波长的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系。(　　)
光源应与单缝平行且靠近,以获得较强的光。
探究点一　对实验装置及原理的考查
【例1】 在用双缝干涉测量光的波长实验中(实验装置如图):
(1)下列说法错误的是　　　　。(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.为了减少测量误差,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
(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为　　　　 mm。 
答案 (1)A　(2)1.970解析 (1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距 ,选项C正确。故选A。(2)主尺读数是1.5 mm,螺旋读数是47.0×0.01 mm,因此示数为1.970 mm。
对点演练1.在用双缝干涉测量光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图所示),单缝保持竖直方向,并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为l。(1)组装仪器时,单缝和双缝的空间关系应该为　　　　　。 
A.a代表单缝,b代表双缝B.a代表双缝,b代表单缝C.二者相互垂直放置D.二者相互平行放置
(2)将红色滤光片改为绿色滤光片,其他实验条件不变,在目镜中仍可看见清晰的条纹,则　　　　　。 A.条纹为竖条纹B.条纹为横条纹C.与红光相比条纹间距变窄D.与红光相比条纹间距变宽(3)经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为Δx,则这种光的波长为λ=　　　　　(用题中所给字母表示)。 
答案 (1)AD　(2)AC　(3) Δx解析 (1)双缝的光来自单缝,因此单缝距离光源更近,A正确,B错误;双缝与单缝应该平行放置,C错误,D正确。(2)由于单缝保持竖直,条纹的方向与单缝平行,所以条纹竖直,A正确,B错误;由于绿光的波长比红光的短,所以干涉条纹间距比红光的窄,C正确,D错误。(3)根据两个相邻的亮条纹(或暗条纹)间距为Δx= λ,可得波长表达式λ= Δx。
探究点二　实验数据处理和误差分析
【例2】 在用双缝干涉测量光的波长实验中,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=0.20 mm 的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离l=700 mm。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条纹的编号,此时图乙(b)中游标尺上的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数x2=　　　　mm。 
答案 (1)15.02　(2)2.31　6.6×102解析 (1)读数为15 mm+1×0.02 mm=15.02 mm。
对点演练2.如图甲所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图。
(1)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹,手轮的读数如图乙所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第8条亮条纹,手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距是　　　　　 mm(结果保留三位有效数字)。 
(2)如果已经量得双缝的间距是0.3 mm,双缝和光屏之间的距离是900 mm,则待测光的波长是　　　　 m(结果保留三位有效数字)。 
答案 (1)2.07 (2)6.90×10-7解析 (1)题图乙中手轮的固定刻度读数为0 mm,可动刻度读数为0.01×4.5 mm=0.045 mm,所以最终读数x1=0.045 mm。题图丙中手轮的固定刻度读数为14.5 mm,可动刻度读数为0.01×3.5 mm=0.035 mm,则x2=14.535 mm。相邻两亮条纹的间距
1.(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.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强
解析 光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项A、C正确。
2.(多选)某同学按实验装置图安装好仪器后,观察光的干涉现象,获得成功。若他在此基础上对仪器的安装有如下改动,则仍能使实验成功的是(　　)A.将遮光筒的光屏向靠近双缝的方向移动少许,其他不动B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动C.将单缝向双缝移动少许,其他不动D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动
解析 干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果,双缝后面的区域处处存在光,所以移动光屏或改变单缝与双缝间距,条纹仍然形成,故A、C正确;将滤光片移至单缝和双缝之间,照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源,故B正确;将单缝与双缝的位置互换,失去了产生干涉的条件,故D错误。
3.(2023广东深圳实验学校高二阶段练习)用双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示。
甲(1)图甲中A为滤光片,B为　　　　(选填“单缝”或“双缝”)。 (2)观察双缝干涉条纹时,要想增加从目镜中观察到的条纹个数,需将毛玻璃屏向　　　　(选填“靠近”或“远离”)双缝的方向移动。 
(3)下列图示中条纹间距表示正确的是　　　(填正确答案标号)。 
(4)实验中,用带有游标尺的测量头测量相邻两条亮条纹间的距离Δx。转动测量头的手轮,使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第1亮条纹)的中心,此时游标尺上的示数如图乙所示,再转动测量头的手轮,使分划板的中心刻线对齐第7亮条纹的中心,此时游标尺上的示数情况如图丙所示,则图丙的示数x2=　　　　 mm。如果实验所用双缝之间的距离d=0.20 mm,双缝到屏的距离L=60 cm。根据以上数据可得出光的波长λ=　　　　 m(保留2位有效数字)。 
答案 (1)单缝 (2)靠近 (3)C (4)9.10　5.0×10-7解析 (1)双缝干涉实验让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样,应让灯光通过滤光片,再经过单缝形成单色光,再通过双缝,故B为单缝。(2)减小双缝与屏之间的距离,可以增加从目镜中观察到的条纹个数,所以需将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动。(3)条纹间距指的是相邻两条亮条纹的中心线的距离,或者相邻两条暗条纹的中心线的距离,故选C。