第四章 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

第4节　实验：用双缝干涉测量光的波长 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 掌握双缝干涉测量光的波长的原理并能设计实验方案。 通过公式Δx＝λ，求出λ＝Δx，清楚公式中各物理参量的意义。 正确操作实验器材，得到干涉条纹，并获得数据，在对原数据整理的基础上得到波长的测量值。 在实验过程中培养学生独立自主的能力，掌握测定单色光波长的原理，养成科学严谨的科学态度。 [对应学生用书P113] 一、实验目的 1．理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器。 2．掌握相邻亮条纹(或暗条纹)中心间距的计算公式Δx＝λ及推导过程。 3．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 二、实验设计 1．实验原理 (1)干涉图样的获得：光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝后产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹，如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。 (2)光的波长的测定：若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝。实验中d是已知的，测出l、Δx即可计算出光的波长λ。 (3)测量Δx的方法：测量头由分划板、目镜、手轮等构成(如图甲所示)，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐(如图乙所示)，记下此时读数，再同方向转动手轮，测出n条亮条纹间的距离a，则可求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 2．实验器材：双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺等。 三、实验步骤 1．将光源、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，闭合开关，使灯丝正常发光。 3．调节各元件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹。 5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 四、数据处理 1．安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 2．使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻两亮条纹间的距离Δx＝。 3．用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。 4．代入公式，计算波长λ＝Δx。重复测量、计算，求出波长的平均值。 1．(知识拓展)误差分析 (1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。 (2)测条纹间距Δx带来的误差。 ①干涉条纹没有调到最清晰的程度； ②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心； ③测量多条亮条纹间的距离时读数不准确。 2．(知识拓展)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)调节的基本依据：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线。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度线对应着亮(暗)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。 [对应学生用书P115] 探究点一___实验原理 【例1】 如图所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下列问题： (1)如果A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用________图样表示最合适。 (2)如果将产生B图样的双缝间的距离变小，那么得到的图样用________图样表示最合适。 (3)如果将产生A图样的双缝到屏的距离变小，那么得到的图样用________图样表示最合适。 (4)如果将A图样的装置从空气移入水中，那么得到的干涉图样用________图样表示最合适。 答案：(1)C　(2)D　(3)C　(4)C 解析：(1)光源由红光换成紫光时，λ变小，根据公式Δx＝λ可知，Δx也变小，选C； (2)双缝间的距离d减小时，Δx变大，选D； (3)双缝到屏的距离l变小，Δx变小，选C； (4)将装置从空气移入水中时，波长λ减小，Δx也减小，选C。 【例2】 某同学利用图示装置测量某单色光的波长，请回答以下问题： (1)装置b为________，作用是________________________________。 (2)为使实验现象明显，下列