鲁科版 (2019)选择性必修 第一册科学测量:用双缝干涉测光的波长评课ppt课件

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第2节　科学测量：用双缝干涉测光的波长第5章　光的干涉、衍射和偏振1.能制定用双缝干涉测光的波长的实验方案，确定需要测量的物理量。2.学会正确使用实验器材获取数据，对数据进行分析后得出结论。3.会分析误差，用物理语言准确描述实验结论。学习目标目 录CONTENTS课后巩固训练03一、实验目的1.用双缝干涉实验装置测量光的波长。2.学习测量微小距离的方法。二、实验器材　光具座、双缝干涉仪[由光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成]、学生电源。四、物理量的测量(双缝间的距离d已知)1.l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。2.Δy的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δy用________测出。 (1)测量头的构成：分划板、目镜、手轮等。测量头五、实验步骤1.如图所示，在光具座上把各光学元件装配好。从遮光筒上取下双缝，打开电源，调节光源的高度，直到光束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃屏的中心。放上单缝和双缝，使它们的距离为5～10 cm，并保持缝相互平行。注意各光学元件中心应大致位于遮光筒的轴线上。测量光波长的实验装置2.观察光屏上的白光干涉条纹的特点。给光源加上不同的滤光片，看条纹的色彩、间距发生了什么变化，相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等。3.记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离l。4.转动手轮，先使分划板中心刻线对准某条亮条纹中心，记下此时的读数。继续转动手轮，使分划板中心刻线移过n条条纹，对齐另一亮条纹中心，再记下此时的读数。转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转。5.把测量结果记录在数据表格中，算出两次读数之差，并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy，求出光的波长。典例探究分析2探究二　实验数据与分析探究一　实验原理与操作探究三　实验设计与创新探究一　实验原理与操作例1 (2024·重庆西南大学附中期中)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，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(目镜)，如图所示。(1)M、N、P三个光学元件依次为________。A.滤光片、单缝、双缝 B.双缝、滤光片、单缝C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝(2)如图所示，测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上。如果想使中心刻线与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是________。A.仅转动透镜 B.仅转动遮光筒C.仅转动手轮 D.仅转动测量头(3)关于该实验，下列说法正确的是________。A.若将滤光片向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮条纹中心的距离增大B.若将双缝间的距离d减小，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大C.若将滤光片由绿色换成红色，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大解析　(1)双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让光通过滤光片形成单色光，再经过单缝形成线光源，再通过双缝形成相干光源。故自光源起合理的顺序是滤光片、单缝、双缝，故A正确。(2)分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，应转动测量头使其方向一致，故D正确。训练1 (2024·福建莆田市期末)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将所用器材按要求安装在如图所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。(1)某同学调节完实验装置并观察了实验现象后，总结出以下几点，你认为正确的是________。A.干涉条纹与双缝垂直B.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关C.干涉条纹的疏密程度与光的波长有关(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第2条亮条纹中心与第6条亮条纹中心之间的距离为a，则该单色光的波长λ＝________。例2 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D、透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图甲所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以测量红光的波长。探究二　实验数据与分析(1)本实验的步骤有：①调节单缝与双缝的间距为5～10 cm，并使单缝与双缝相互平行；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取下遮光筒左侧的元件，打开光源，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；④用米尺测出双缝到屏的距离；用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离；⑤将测得的数据代入公式求出红光的波长。以上步骤合理的顺序是__________________________(只填步骤代号)。(2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示；然后同方向转动测量头，使分划板的中心刻线与第5条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示。则图乙中手轮上的示数是________mm；图丙中手轮上的示数是________mm。(3)已知双缝到屏的距离为0.500 m，使用的双缝间距为2.8×10－4 m，由此可求得所测红光波长为λ＝________m(结果保留3位有效数字)。解析　(1)由“用双缝干涉测光的波长”的实验步骤知，合理的顺序应为③②①④⑤。(2)图乙中手轮的固定刻度读数为1.5 mm，可动刻度读数为13.0×0.01 mm＝0.130 mm，则最终读数为1.630 mm；图丙中手轮的固定刻度读数为5.5 mm，可动刻度读数为38.0×0.01 mm＝0.380 mm，则最终读数为5.880 mm。答案　(1)③②①④⑤　(2)1.630　5.880 (3)5.95×10－7训练2 利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距d＝0.4 mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5 m，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。(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)某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所给，则①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为aA＝11.1 mm，在B位置时游标卡尺读数为aB＝________mm，相邻两条纹间距Δy＝________mm；②该单色光的波长λ＝________nm。(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，如图所示。则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δy时，测量值________实际值(填“大于”“小于”或“等于”)。答案　(1)B　(2)①15.5　0.73　②584　(3)大于　例3 小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h，与光屏的距离为D，则条纹间距Δy＝________，随后小明撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上________(选填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。探究三　实验设计与创新课后巩固训练31.(2021·浙江6月选考)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中：(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________。(单选)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________。(单选)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答案　(1)C　(2)D解析　(1)若粗调后看到的是模糊不清的干涉条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行，要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故C正确。2.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中：(1)用单色光照射双缝后，在目镜中观察到如图所示的情形。若其他操作无误，则上述情形下测得的单色光波长将__________(填“偏大”“不变”或“偏小”)。(2)若想对如图的情形进行调整，则需要的操作是________。A.旋转毛玻璃屏 B.左右拨动拨杆C.旋转测量头上的手轮 D.旋转遮光筒和测量头答案　(1)偏大　(2)D3.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，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，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，由左到右，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，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；②按合理的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)测量数条亮条纹间的距离。在操作步骤②时还应注意_______________和 _________________。答案　(1)E　D　B　(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行且竖直　单缝、双缝间的距离要适当，大约为5～10 cm解析　(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以表示各光学元件的字母排列顺序为C、E、D、B、A。(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行且竖直；单缝、双缝间的距离要适当约为5～10 cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心位于遮光筒的轴线上。4.用双缝干涉测量光的波长。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。用测量头来测量亮条纹中心间的距离。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某一亮条纹的中心(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亮条纹的中心，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条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数y1＝2.190 mm、对准第4条时读数y2＝________ mm。(2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝________ nm(保留3位有效数字)。(3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是________。A.改用波长较短的光(如紫光)作入射光B.增大双缝到屏的距离C.减小双缝间距答案　(1)7.870　(2)676　(3)BC解析　(1)分划板中心刻线对准第4条亮条纹中心时，读数y2＝7.5 mm＋37.0×0.01 mm＝7.870 mm。5.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________(填“越大”或“越小”)。(2)保持双缝的间隙不变，光屏到双缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距________(填“越大”或“越小”)。(3)在双缝间的距离和双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________(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________(填“亮条纹”或“暗条纹”)。(4)屏上P点距双缝S1和S2的路程差为所用激光的波长的3.5倍，所以P点应出现暗条纹。6.如图所示，是用双缝干涉测量光的波长的实验装置。(1)图中光具座上标注为①②③的仪器依次为________。A.单缝、双缝、凸透镜B.凸透镜、单缝、双缝C.单缝、凸透镜、双缝(2)用图示实验装置观察双缝干涉图样，用的是红色滤光片，在毛玻璃屏上可以看到红色干涉条纹；若要增加从目镜中观察到的条纹个数，可以________。A.仅将双缝与光屏之间的距离减小少许B.仅将单缝与双缝间距增大少许C.仅将双缝间的距离减小少许(3)某次实验测得双缝间距d＝0.5 mm，双缝与光屏间距离L＝0.500 m，用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图乙，分划板在A位置时游标卡尺读数为11.1 mm，B位置时游标卡尺读数如图丙所示，则游标卡尺读数为________ mm，单色光的波长为________ m(结果保留3位有效数字)。答案　(1)B　(2)A　(3)15.6　 6.43×10－7解析　(1)光源通过凸透镜汇聚光线，经过单缝得到线状光源，通过双缝获得相干光源，故正确的顺序是凸透镜、单缝、双缝，故选B。