人教版高考物理一轮复习第10章实验16用双缝干涉测量光的波长PPT课件

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一、实验目的1.观察单色光的双缝干涉图样。2.测量单色光的波长。二、实验原理如图所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,这时单缝S相当于一个单色光源,衍射光波同时到达双缝S1和S2之后,再次发生衍射,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1、S2到屏上P点的路程分别为r1、r2,两列光波传到P的路程差Δr=|r1-r2|,设光波波长为λ。
两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,如图所示。
转动手轮,分划板会左右移动。测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如图所示),记下此时手轮上的读数为a1;再转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时,记下手轮上的刻度数a2,两次读数之差就是这两条相邻条纹间的距离,即Δx=|a1-a2|。
三、实验器材光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
四、实验步骤1.安装仪器。 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。(2)接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光。调节各部件的高度,使光源发出的光能沿轴线到达光屏。(3)安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝的缝平行。
七、误差分析1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距Δx带来的误差。(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(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)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确。
【例1】 在用双缝干涉测光的波长的实验中,实验装置如图甲所示。(1)(多选)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点,你认为正确的是____________。 A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图所示,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,如图所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx,测量值____________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。 
【例2】 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,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,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、______、______、______、A。 
(2)本实验的步骤有:①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;②按合理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)测量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还应注意___________。 
放置单缝、双缝时,必须使缝平行;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图乙中手轮上的示数________ mm,求得相邻亮纹的间距Δx为_________ mm。  (4)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,由计算式λ=____________,求得所测红光波长为____________ nm。 
解析:(1)滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是获取线光源,双缝屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏。所以排列顺序为C、E、D、B、A。(2)在操作步骤②时应注意的事项是放置单缝、双缝时,必须使缝平行;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。(3)题图乙读数为13.870 mm,题图甲读数为2.320 mm,所以相邻条纹间距
1.洛埃镜是一块下表面涂黑的平玻璃片或者是金属板,从一狭缝发出的光,以接近90°的入射角入射到洛埃镜上,经反射,光的波阵面改变方向,反射光就像是光源的虚像发出的一样,两者形成一对相干光源,它们发出的光在屏上相遇,产生明暗相间的干涉条纹。
2.洛埃镜的实验结果与杨氏干涉相似,但是洛埃镜的实验结果,却揭示了光波由光疏介质试图进入光密介质,被反射后,反射光振动方向与入射光到达入射点时的振动方向恰好相反,即存在半波损失这一事实,因此具有重要的意义。
【例3】 1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质;1834年,洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。 (1)洛埃镜实验的基本装置如图所示,S为单色光源,M为平面镜,试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域。(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和l,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹,写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离Δx的表达式。
解析:(1)①根据对称性作出光源S在平面镜中所成的像S';②连接平面镜的最左端和光源,即为最左端的入射光线,连接平面镜的最左端和像点S',并延长交光屏于一点,该点即为反射光线到达的光屏的最上端;③连接平面镜的最右端和像点S',即可找到反射光线所能到达的平面镜的最下端。故经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域如图所示。
1.在用双缝干涉测量光的波长实验中,一同学经调节使单缝与双缝相互平行且沿竖直方向后,在测量头内观察到干涉条纹。(1)若该同学分别用间距d1=0.20 mm和d2=0.25 mm的双缝来完成实验,你认为在测量头内观察到单色光的干涉条纹是____________和____________,其中对应双缝间距d1的是____________(均选填字母)。 
(2)某同学使用间距为0.20 mm的双缝进行实验,调节双缝与屏之间的距离至100.00 cm,当十字叉丝与第k个亮条纹中心重合时,测量头刻度如图甲所示;当十字叉丝与第(k+3)个亮条纹中心重合时,测量头刻度如图乙所示。第k和(k+3)对应的读数分别为____________和____________;单色光的波长为____________m。 
2.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,观察在光屏上出现的现象。
(1)保持缝到光屏的距离不变,换用不同间隙的双缝,双缝的间隙越小,屏上明暗相间的条纹间距__________ (选填“越大”或“越小”)。  (2)保持双缝的间隙不变,光屏到缝的距离越大,屏上明暗相间的条纹间距____________(选填“越大”或“越小”)。  (3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下,用不同颜色的光做实验,发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时__________ (选填“大”或“小”)。  (4)在该实验中,若所用激光的波长为5.300×10-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为1.855×10-6 m,则在这里出现的应是____________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。 
3.在用双缝干涉测量光的波长的实验中,若已知双缝间的距离d。(1)若测定绿光的波长,应选用____________色的滤光片。实验时需要测定的物理量有________________________和________________________。
(2)已知双缝到光屏之间的距离l=500 mm,双缝之间的距离d=0.50 mm,单缝到双缝之间的距离s=100 mm,某同学在用测量头测量时,调整手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心,然后他继续转动,使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心,前后两次游标卡尺的读数如图所示。入射光的波长λ=____________ m。(结果保留2位有效数字) 
相邻亮(暗)条纹间距
(3)(多选)实验中发现条纹太密,难以测量,可以采用的改善方法有____________。 A.改用波长较长的光(如红光)作为入射光B.增大双缝到屏的距离C.增大双缝到单缝的距离D.增大双缝间距