2018-2019學(xué)年高中物理 第13章 光 13.4 實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)課件 新人教版選修3-4.ppt

4實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng),【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.觀察不同單色光的雙縫干涉圖樣。2.觀察雙縫距離不同時(shí)的干涉圖樣。3.掌握用公式x=測(cè)定單色光的波長(zhǎng)的方法。,【實(shí)驗(yàn)原理】如圖所示,與兩縫之間的距離d相比,每個(gè)狹縫都很窄,寬度可以忽略。,兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0,雙縫到屏的距離OP0=l。相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距是x=。已知雙縫間距d,再測(cè)出雙縫到屏的距離l和條紋間距x,就可以求得光波的波長(zhǎng)。,【實(shí)驗(yàn)器材】雙縫干涉儀,即光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭。另外,還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺等。,【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】一、實(shí)驗(yàn)步驟(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如圖所示。,(2)接好光源,打開(kāi)開(kāi)關(guān),使燈絲正常發(fā)光。(3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。(4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫的縫平行,兩者間距510cm,這時(shí)可觀察白光的干涉條紋。,(5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。,二、數(shù)據(jù)處理(1)安裝測(cè)量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。(2)使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)a1,將該條紋記為第1條亮紋;轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2,將該條紋記為第n條亮紋,則相鄰兩亮條紋間距x=|。,(3)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)。(4)重復(fù)測(cè)量、計(jì)算,求出波長(zhǎng)的平均值。,【誤差分析】(1)光波的波長(zhǎng)很小,x、l的測(cè)量對(duì)波長(zhǎng)的影響很大。(2)在測(cè)量l時(shí),一般用毫米刻度尺;而測(cè)x時(shí),用千分尺且采用“累積法”。(3)多次測(cè)量求平均值。,【注意事項(xiàng)】(1)雙縫干涉儀是比較精密的儀器,應(yīng)輕拿輕放,不要隨便拆解遮光筒、測(cè)量頭等元件。(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵,應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦去。,(3)安裝時(shí),注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上,并使單縫、雙縫平行且豎直,間距大約510cm。(4)調(diào)節(jié)的基本依據(jù):照在像屏上的光很弱。主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒不共軸線所致。干涉條紋不清晰的主要原因一般是單縫與雙縫不平行。,(5)測(cè)量頭在使用時(shí)應(yīng)使中心刻度線對(duì)應(yīng)著亮(暗)條紋的中心。(6)光源燈絲最好為線狀燈絲,并與單縫平行靠近。,熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)裝置與原理【典例1】(多選)(2018濟(jì)寧高二檢測(cè))利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí),有下面幾種說(shuō)法,其中正確的是(),A.將屏移近雙縫,干涉條紋間距變窄B.將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的,干涉條紋間距變寬C.將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后,干涉條紋間距變寬D.換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫,干涉條紋間距變窄E.去掉濾光片后,干涉現(xiàn)象消失,【正確解答】選A、B、D。由條紋間距公式x=可知:當(dāng)將屏移近雙縫時(shí),屏與雙縫間的距離l減小,條紋間距x變窄,故選項(xiàng)A正確;將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的,由于紅色的波長(zhǎng)大,所以條紋間距x變寬,故選項(xiàng)B正確;將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后,對(duì)條紋間距x沒(méi)有影響,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;當(dāng)兩雙縫間距離d增大時(shí),條紋間距x變窄,故選項(xiàng)D正確;濾光片的作用是為了得到單色光,去掉濾光片后,干涉條紋成為彩色條紋,故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。,熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理【典例2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)定激光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進(jìn)入一個(gè)一端裝有雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒,感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點(diǎn),圖乙中的黑點(diǎn)代表亮點(diǎn)的中心位置。,(1)這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明激光具有_性。(2)通過(guò)測(cè)量相鄰亮點(diǎn)的距離可算出激光的波長(zhǎng),據(jù)資料介紹,如果雙縫的縫間距離為a,雙縫到感光片的距離為L(zhǎng),感光片上相鄰兩亮點(diǎn)間的距離為b,則激光的波長(zhǎng)=_。該同學(xué)測(cè)得L=1.0000m、縫間距a=0.220mm,用帶十分度游標(biāo)的卡尺測(cè)感光片上的亮點(diǎn)的距離時(shí),尺與亮點(diǎn)的中心位置如圖乙所示。(圖中黑,點(diǎn)表示亮點(diǎn)的中心)圖乙中第1到第4個(gè)光點(diǎn)的距離是_mm。實(shí)驗(yàn)中激光的波長(zhǎng)=_m。(保留兩位有效數(shù)字)(3)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅激光換成藍(lán)激光,屏上相鄰兩光點(diǎn)間的距離將_。,【正確解答】(1)激光能夠發(fā)生干涉,說(shuō)明激光具有波動(dòng)性。(2)由x=可得=x,將d=a,x=b代入可得=;圖乙中游標(biāo)卡尺是10個(gè)等分刻度,精確度為0.1mm,讀數(shù)為8mm+0.15mm=8.5mm;故b=mm=2.83mm,所以=6.210-7m。,(3)將紅激光換成藍(lán)激光后波長(zhǎng)變短,由x=可知,屏上相鄰兩光點(diǎn)間的距離x將變小。答案:(1)波動(dòng)(2)8.56.210-7(3)變小,熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)操作與誤差分析【典例3】(2018西安高二檢測(cè))現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。,(1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、_、A。(2)本實(shí)驗(yàn)所用的濾光片應(yīng)選用_色濾光片,實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量的物理量是_和_。,(3)本實(shí)驗(yàn)的步驟有:取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上;用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離;,用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮(暗)條紋間的距離。在操作步驟時(shí)還應(yīng)注意_和_。,【正確解答】(1)濾光片E是從白光中選出單色紅光,單縫屏是獲取線光源,雙縫屏是獲得相干光源,最后成像在毛玻璃屏上,所以排列順序?yàn)?C、E、D、B、A。(2)紅色濾光片能透過(guò)紅光,而吸收其他顏色的光,所以應(yīng)選用紅色濾光片。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量的物理量有:雙縫到屏的距離和n條亮(暗)條紋的距離。,(3)在操作步驟時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有:放置單縫、雙縫時(shí),必須使單縫與雙縫相互平行,且單縫、雙縫距離為510cm;要使光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上。,答案:(1)E、D、B(2)紅雙縫到屏的距離n條亮(暗)條紋的距離(3)單縫和雙縫間距為510cm使單縫與雙縫相互平行,