第5章 第2节 科学测量：用双缝干涉测光的波长（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第2节　科学测量：用双缝干涉测光的波长 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．观察白光及单色光的双缝干涉图样。 2．掌握用公式Δy＝λ测量单色光的波长的方法。 实验原理 1．相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δy与入射光波长λ之间的定量关系推导 如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l，双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为y的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看成直角三角形。 有r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ) ① 另：y＝ltan θ≈lsin θ ② 由①②得r2－r1＝d，若P处为亮条纹，则d＝±kλ(k＝0,1,2，…)，解得y＝±kλ(k＝0,1,2，…)，相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距Δy＝λ。 2．测量原理 由公式Δy＝λ可知，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，那么，只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δy，即可由公式λ＝Δy计算出入射光波长的大小。 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(如图)组成]、学生电源。 　 实验步骤 1．将光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上，如图所示。 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把光屏照亮。 4．安装好双缝和单缝，尽量使缝的中心位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约为5～10 cm，这时可观察到白光的干涉条纹。 5．在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 数据处理 1．安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 2．使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图甲所示。记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δy＝。 3．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)。 4．重复上述步骤，求出波长的平均值。 5．换用不同的滤光片，重复实验。 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Δy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)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。 注意事项 1．放置单缝和双缝时，必须使单缝与双缝相互平行。 2．要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。 3．测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。 4．要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δy。 5．照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴，干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。 二、他版教材实验多融通 人教版教材实验方案　 [差异解读] (1)实验原理和实验方案与鲁科版相同。 (2)与鲁科版相比多了透镜，少了调节杆。 实验原理与操作 [典例1]　图示是“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 [解析]　(1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，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)根据Δy＝λ可知，要增大条纹间距可以增大双缝到测量头间的距离l，减小双缝的间距d，故选项D正确。 [答案]　(1)C　(2)D (1)牢记实验仪器在光具座上的排列顺序。 (2)弄清影响条纹清晰度的因素。 (3)弄清影响条纹间距的因素。　　 数据处理和误差分析 [典例2]　某同学利用图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