高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第五节 用双缝干涉实验测定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”测量明条纹间距,进而测量光的波长.(科学思维)
一、实验目的1.观察白光及单色光的双缝干涉图样.2.利用公式Δx= λ测定单色光的波长.二、实验原理由公式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,只要测出相邻两明条纹(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.
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、光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,二者间距约为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明条纹的中央,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明条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,得出n个明条纹间的距离为a=|a2-a1|,则相邻两明条纹间距
(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离L.(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.
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,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条明条纹间距,再求Δx= ,并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差.
七、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、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.光源使用线状长丝灯泡,调节时使之与单缝平行且靠近.4.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.
正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源.(　　)答案 √(2)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.(　　)答案 ×解析 光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹.
(3)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.(　　)答案 ×解析 两列光波相遇就会叠加,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干涉,用光屏接收只是为了肉眼观察的方便.(4)测量干涉条纹的间距时,直接测出相邻的两个明条纹之间的距离即可.(　　)答案 ×解析 条纹间距比较小,为减小测量误差,应测量若干个条纹间的距离.
例1在用双缝干涉实验测定光的波长时(实验装置如图所示):
(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.测量某条干涉明条纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该明条纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条明条纹间的距离a,求出相邻两条明条纹间距
(2)测量某明条纹位置时,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明条纹中心对齐,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条明条纹,则明条纹间距Δx= ,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.
变式训练1(2020北京海淀模拟)在用双缝干涉实验测定光的波长时,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明条纹(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). 
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.
例2在用双缝干涉实验测定光的波长时,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. 
(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx=　　　　mm;这种色光的波长λ=　　　　nm. 
答案 (1)15.02　(2)2.31　6.6×102
变式训练2(2021山东临沂十八中高二月考)如图所示是用双缝干涉测光的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条明条纹,读出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条明条纹,读出手轮的读数如图丙所示.则相邻两明条纹的间距是　　　　　 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,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,x2=14.535 mm.相邻两明条纹的间距
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答案 AC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
答案 ABC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.双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离l1=100 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm.用测量头来测量明条纹中心的距离.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明条纹的中心(如图乙所示),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明条纹的中心,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4条明条纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1=　　　　 mm,对准第4条时读数x2=　　　　 mm. (2)写出计算波长λ的表达式,λ=　　　　(用符号表示),λ=　　　　 m. 
解析 (1)读数x1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm.