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前预习ppt课件

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掌握用双缝干涉测波长的原理、器材、操作步骤及注意事项，会利用双缝干涉测量单色光的波长.
用三棱镜我们可以把太阳光分成连续分布的七种色光，因此我们知道了白光是由七种不同的颜色的单色光混合而成的，如果想要测量这七种色光的波长，我们应该采用什么方法？
双缝的距离 d 可以在实验器材上直接读出
一、实验思路1.实验目的测量单色光的波长2.实验原理在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，由公式Δx＝ 可知，只要再测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝ 计算出入射光波长的大小.
测量头通常有两种(如图所示)，但都由分划板、目镜、手轮等构成。
3.物理量的测量(1)l 的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出(2)Δx 的测量：相邻两条亮条纹间的距离需用测量头测出.
二、实验器材如图所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、目镜.另外，还有学生电源、导线、刻度尺等.
三、实验步骤1.将光源、透镜、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的轴线到达光屏.
通过透镜的汇聚作用，使经过单缝的光更集中。
4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的双缝干涉条纹.5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上
避免照在毛玻璃上的光很弱
直接测量相邻两亮条纹之间的距离误差较大，为了减小误差，我们一般测量n个亮条纹间的距离
3.用刻度尺测量双缝到屏间的距离l(d是已知的).4.重复测量、计算，求出波长的平均值.
五、误差分析及注意事项1.误差来源由于光波的波长很小，双缝到光屏的距离l和条纹间Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本实验误差的主要来源.2.减少误差的方法(1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值.
3.注意事项(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件.(2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去.(3)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm.(4)常见问题的成因：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行.(5)测量头在使用时应使中心刻线对应着亮条纹的中心.(6)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近.
创新方案1：用传感器做双缝干涉的实验
1.实验装置光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器.这个实验的光路是自上而下的.
2.光传感器是一个小盒，在图中为白色狭长矩形部分，沿矩形的长边分布着许多光敏单元.这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在荧光屏上显示出来.在荧光屏显示的干涉图像上移动鼠标，可以得到条纹间距，从而算出光的波长.3.这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便地、形象地在荧光屏上展示亮条纹的分布，并能定量地描绘传感器上各点的光照强度.
1.实验器材：钠光灯、双棱镜、可调狭缝、凸透镜、毛玻璃屏、测微目镜、读数显微镜、白炽灯、氦氖激光器、短焦距扩束透镜、光具座、滑块等。
创新方案2：应用双棱镜进行干涉实验
2.实验原理：双棱镜是由玻璃制成的等腰三角形棱镜，有两个非常小的小棱角(约1°)和一个非常大的钝角。其干涉光路如图所示， 经钠光灯N照明，从狭缝S发出的单色光经双棱镜B折射后形成两束相干光，它们相当于从狭缝S的两个虚像S1和S2射出的两束相干光，在两束光的重叠区域发生干涉，结果在观察屏P上形成等间距的明暗交替的直线状干涉条纹。
3.实验光路实验光路如图所示，N是钠光灯，S为宽度可调的狭缝，B是双棱镜(镶嵌在一金属框内，棱脊方位可微调)，E是测微目镜，L为凸透镜。为了便于调节和测量，将所有仪器、元件都安装在光具座上。
双棱镜干涉实验与双缝干涉实验的原理基本相同，不同之处在于双棱镜干涉是以两个虚像为两个相干光源代替两条狭缝，两个虚像光源之间的距离即为狭缝之间的距离，其他情况基本相同。
1.(多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列几种说法正确的是A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹　间距变宽C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D.换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
A项中l减小，Δx变小；B项中λ变大，Δx变大；D项中d变大，Δx变小，故A、B、D正确.
2.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图)，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Δx＝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
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；
3.(2022·北京亦庄实验中学高二期末)1801年，英国的物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象.在托马斯·杨的双缝干涉实验中，利用双缝干涉可以测量光波的波长.某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，该同学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、遮光筒、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
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)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐，如图所示，下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是____.A.仅转动目镜B.仅转动双缝C.仅转动手轮D.仅转动测量头
当分划板的中心刻线与亮条纹不平行时，应该转动测量头，将图中分划板调到竖直方向并与干涉条纹平行.故选D.
(3)通过调整，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.
由图可得，读数为x2＝9.5 mm＋26.2×0.01 mm＝9.762 mm
(4)计算通过单缝的光波波长的表达式为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(结果保留三位有效数字).
4.(2019·全国卷Ⅱ)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).
将已知条件代入公式解得λ＝630 nm.