高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：用双缝干涉测量光的波长课文配套课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：用双缝干涉测量光的波长课文配套课件ppt，共29页。PPT课件主要包含了6×102，0×10-7等内容，欢迎下载使用。

基础落实·必备知识全过关
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。
重难探究·能力素养全提升
探究点一　实验原理与操作
【例题1】 (2024人大附中高二月考)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,要把它们放在下图所示的光具座上组成双缝干涉装置,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)本实验的步骤如下: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、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上
解析 (1)滤光片E是用来从白光中选出单色红光的,单缝D是用来获得线光源的,双缝B是用来获得相干光源的,最后成像在毛玻璃屏A上。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:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上等。
对点演练1.(2024浙江嘉兴高二期末)用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图所示。实验中:
(1)观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,应　　　　。 A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行(2)要增大观察到的条纹间距,正确的做法是　　　　。 A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离
解析 (1)若粗调后看到的是模糊不清的条纹,则最可能的原因是单缝与双缝不平行;要使条纹变得清晰,应调节拨杆使单缝与双缝平行,故选C。(2)根据Δx= λ,可知要增大条纹间距,可以增大双缝到光屏的距离l或减小双缝的间距d,故选D。
探究点二　数据处理与误差分析
【例题2】 (2024山东枣庄高二期末)在用双缝干涉测量光的波长的实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),并选用双缝间距d=0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知,光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。 
(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=　　　　 mm,这种色光的波长λ=　　　　 nm。 
解析 (1)由游标尺的读数规则可知x2=(15.0+1×0.02) mm=15.02 mm。
对点演练2.(2024江苏镇江高二期末)某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可　　　　。 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.使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ=　　　　　　。 (3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为　　　　 nm(结果保留3位有效数字)。 
解析 (1)相邻明(暗)干涉条纹的宽度Δx= λ,要增加观察到的条纹个数,即减小Δx,需增大d或减小l,因此应将屏向靠近双缝的方向移动,选项B正确。
学以致用·随堂检测全达标
1.(实验原理与操作)(多选)(2024江西上饶高二月考)在用双缝干涉测量光的波长的实验中(实验装置如图所示),下列说法正确的是(　　)
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.测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐C.为了减小测量误差,可用测量头测出n条亮条纹间的距离a,求出相邻两条亮条纹间距D.某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,可以采用的方法是改用蓝光作为入射光
解析 调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不需放单缝和双缝,故A错误;测量某条干涉亮条纹位置时,应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐,故B正确;n条亮条纹之间有n-1个间距,相邻两条亮条纹的间距 ,故C正确;某同学用黄光作为入射光,根据Δx= λ可知,为了增大干涉条纹的间距,应采用波长大于黄光的红光或橙光,不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光,故D错误。
2.(数据处理与误差分析)(2024浙江绍兴高二期末)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=0.2 mm的双缝。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝间的距离l=700 mm。接通电源使光源正常工作。
(1)M、N、P三个光学元件依次为　　　　。 A.双缝、偏振片、单缝B.偏振片、单缝、双缝C.滤光片、单缝、双缝D.滤光片、双缝、单缝
(2)测量时,使测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐,并将该亮条纹定为第1条亮条纹,如图乙所示,记下此时手轮上的示数为1.250 cm,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第4条亮条纹的中心对齐,记下手轮上的读数(如图丙所示)。图丙中游标卡尺的示数为　　　 cm;所测单色光的波长为　　 　 m(波长计算结果保留2位有效数字)。 
(3)一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,如图丁所示。若要使两者对齐,该同学应　　　　。 A.仅旋转透镜B.仅旋转滤光片C.仅拨动拨杆D.仅旋转测量头