高中物理 第13章 光 4 實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測量光的波長課件 新人教版選修3-4.ppt

4 實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉測量光的波長,一、實(shí)驗(yàn)步驟 1.觀察雙縫干涉圖樣 (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,閉合開關(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)屏。 (4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫平行,兩者間距為510 cm,這時可觀察到白光的干涉條紋。 (5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。,2.測定單色光的波長 (1)安裝測量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。 (2)使分劃板的中心刻線對齊某條亮條紋的中央,如圖所示。 記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線移至另一亮條紋的中央,記下此時手輪上的讀數(shù)a2,得出n個亮條紋間的距離為a=|a2-a1|,則相鄰兩亮條紋間距 (3)用刻度尺測量雙縫到毛玻璃屏的距離l(d是已知的)。 (4)重復(fù)測量、計(jì)算,求出波長的平均值。 (5)換用不同的濾光片,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。,三、注意事項(xiàng) 1.放置單縫和雙縫時,必須使縫平行,間距大約為510 cm。 2.要保持光源、濾光片、單縫、雙縫和毛玻璃屏的中心在同一條軸線上。 3.測量頭的中心刻線要對應(yīng)著亮(或暗)條紋的中心。 4.要多測幾個亮紋(或暗紋)中心間的距離,再求x。 5.調(diào)節(jié)的基本依據(jù):照在毛玻璃屏上的光很弱,主要是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致;干涉條紋不清晰一般主要是單縫與雙縫不平行所致。,四、誤差分析 實(shí)驗(yàn)中的雙縫間距d是器材本身給出的,因此本實(shí)驗(yàn)要注意l和x的測量。光波的波長很小,l、x的測量對波長的影響很大。 1.l的測量:l用毫米刻度尺測量,可多次測量求平均值。 2.條紋間距x的測定:x利用測量頭測量。用“累積法”測n條亮紋間距,再求 ,并且采用多次測量求x的平均值的方法進(jìn)一步減小誤差。,探究一,探究二,探究一對實(shí)驗(yàn)裝置及原理的考查 【例題1】 在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如圖): (1)下列說法錯誤的是 。(填選項(xiàng)前的字母) A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時,應(yīng)放上單縫和雙縫 B.測量某條干涉亮紋位置時,應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊 C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條亮紋間距,探究一,探究二,(2)測量某亮紋位置時,手輪上的示數(shù)如圖,其示數(shù)為 mm。,解析:(1)應(yīng)先調(diào)節(jié)光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項(xiàng)A不正確。測微目鏡分劃板中心刻線應(yīng)與亮紋中心對齊,使得移動過程測出的條紋間距較為準(zhǔn)確,選項(xiàng)B正確。測微目鏡移過n條亮紋,則亮條紋間距 選項(xiàng)C正確,故選A。 (2)主尺讀數(shù)是1.5 mm,螺旋讀數(shù)是47.0×0.01 mm,因此示數(shù)為1.970 mm。 答案:(1)A (2)1.970,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)號38190092如圖是用雙縫干涉儀測光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖: (1)圖中是光源,是光屏,它們之間的依次是 、 和 。 (2)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離( ) A.增大和之間的距離 B.增大和之間的距離 C.將紅色濾光片改為綠色濾光片 D.增大雙縫之間的距離,探究一,探究二,解析:(1)題圖實(shí)驗(yàn)設(shè)備中依次是濾光片、單縫、雙縫。 (2)由公式 知,在一定的情況下,要使x增大,必須增大l或者減小d或者改用波長更長的單色光,所以選項(xiàng)B正確。 答案:(1)見解析 (2)B,探究一,探究二,探究二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析 【例題2】 在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中,將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用縫間距d=0.20 mm 的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離l=700 mm。然后,接通電源使光源正常工作。 (1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號,此時圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1=1.16 mm;接著再轉(zhuǎn)動手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2= mm;,探究一,探究二,(2)利用上述測量結(jié)果,經(jīng)計(jì)算可得兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離x= mm;這種色光的波長= nm。,甲,乙 丙,探究一,探究二,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 導(dǎo)學(xué)號38190093雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100 mm,雙縫與屏的距離l2=700 mm,雙縫間距d=0.25 mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準(zhǔn)亮紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)另一條亮紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù)。,探究一,探究二,探究一,探究二,(1)分劃板的中心刻線分別對準(zhǔn)第1條和第4條亮紋的中心時,手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,則對準(zhǔn)第1條時讀數(shù)x1= mm,對準(zhǔn)第4條時讀數(shù)x2= mm。 (2)寫出計(jì)算波長的表達(dá)式,= (用符號表示),= m。 解析:(1)讀數(shù)x1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm。,1 2 3 4 5 6,1.某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時,安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于( ) A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大 B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度 C.單縫與雙縫不平行 D.光源發(fā)出的光束太強(qiáng) 解析:光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干涉圖樣。選項(xiàng)A、C正確。 答案:AC,1 2 3 4 5 6,2.某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后,觀察光的干涉現(xiàn)象,獲得成功。若他在此基礎(chǔ)上對儀器的安裝有如下改動,則仍能使實(shí)驗(yàn)成功的是( ) A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動少許,其他不動 B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動 C.將單縫向雙縫移動少許,其他不動 D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動 解析:干涉條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干涉的條件,故D錯誤。 答案:ABC,1 2 3 4 5 6,3.某次實(shí)驗(yàn)中測得第一級亮條紋和第三級亮條紋相距4.0×10-2 m,若雙縫間距為0.1 mm,雙縫到屏的距離為l=4.0 m,則光波的波長為( ) A.8.0×10-8 m B.5.0×10-7 m C.1.5×10-8 m D.1.6×10-8 m 答案:B,1 2 3 4 5 6,4.導(dǎo)學(xué)號38190094(1)如圖所示,在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中,光具座上放置的光學(xué)元件依次為光源、 、 、 、遮光筒、光屏。,(2)已知雙縫到光屏之間的距離l=500 mm,雙縫之間的距離d=0.50 mm,單縫到雙縫之間的距離s=100 mm,某同學(xué)在用測量頭測量時,調(diào)整手輪,在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準(zhǔn)A條亮紋的中心,然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)B條亮紋的中心,前后兩次游標(biāo)卡尺的讀數(shù)如圖所示。則入射光的波長= m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。,1 2 3 4 5 6,(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)條紋太密,難以測量,可以采用的改進(jìn)辦法有 。 A.改用波長較長的光(如紅光)作為入射光 B.增大雙縫間距 C.增大雙縫到單縫的距離 D.增大雙縫到屏的距離,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,5.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個測定激光的波長的實(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)通過測量相鄰亮點(diǎn)的距離可算出激光的波長,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,感光片上相鄰兩亮點(diǎn)間的距離為b,則激光的波長= 。 該同學(xué)測得l=1.000 0 m、縫間距a=0.220 mm,用帶十分度游標(biāo)的卡尺測感光片上的亮點(diǎn)的距離時,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個光點(diǎn)的距離是 mm。 實(shí)驗(yàn)中激光的波長= m。(保留兩位有效數(shù)字) (2)如果實(shí)驗(yàn)時將紅激光換成藍(lán)激光,屏上相鄰兩光點(diǎn)間的距離將 。,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,6.導(dǎo)學(xué)號38190095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,用以測量紅光的波長。 (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。,1 2 3 4 5 6,(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟: 取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源亮度,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; 用刻度尺測量雙縫到屏的距離; 用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離。 在操作步驟中還應(yīng)注意 和 。,1 2 3 4 5 6,(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊,將該亮條紋定為第1條亮條紋,此時手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊,記下此時圖乙中手輪上的示數(shù) mm,求得相鄰亮條紋的間距x為 mm。 (4)已知雙縫間距d為2.0×10-4 m,測得雙縫到屏的距離l為0.700 m,由計(jì)算式= ,求得所測紅光波長為 mm。,1 2 3 4 5 6,