4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 物理人教版（新教材）选择性必修第一册 实验目的、原理 一、实验目的 (1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件； (2)观察白光及单色光的双缝干涉图样； (2)掌握测定单色光的波长的方法。 二、实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）纹间的距离△x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ之间满足 双缝干涉仪(由光具座、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、导线、刻度尺． 光源 滤光片 双缝 遮光筒 毛玻璃 单缝 测量头 实验器材 1、如图，把长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏； 2、取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度); 3、装好单缝和双缝(缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样； 实验步骤 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 4、在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样； 5、调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度x1，将测量头朝右端移动，记下第 n 条亮纹中心位置x2；则第1条亮纹与第 n 条亮纹中心间距为a=x2-x1，则相邻亮纹间距为： 6、已知双缝间的距离d，测出双缝到屏的距离L，由 ，计算红光的波长。 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 5 第1条 第7条 15 20 5 10 0 20 25 15 第1条时读数 第7条时读数 15 20 5 10 0 30 35 40 45 螺旋测微器的读数 1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行． 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应着亮(或暗)纹的中心． 4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx. 5．调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行． 注意事项 1．(1)测双缝到屏的距离L带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差． (2)通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差． 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)测量多条亮条纹间距离时读数不准确． 误差分析 1．在完成“用双缝干涉测量光的波长”实验时。 （1）实验需测定的相邻条纹间距∆x指代的是图乙中的___________。 【答案】C （2）实验中，目镜中心刻度线对齐第n条条纹中心和第(n+10)条条纹中心时，游标卡尺的示数分别如图丙和图丁所示，图丙中游标卡尺的读数为_______mm。已知双缝间距d=0.4mm，双缝到屏的距离l=1.0m，所测单色光的波长为______mm。 【答案】8.70 669 2．在用双缝干涉测光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题。（除螺旋测微器读数外，其他均保留三位有效数字） (1)如图1所示，甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是___________。 【答案】甲 (2)将下表中的光学元件放在图1的丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为___________。（填写元件代号） 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片 【答案】EDBA (3)已知该装置中双缝间距d=0.50mm，双缝到光屏的距离l=0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图2甲所示，分划板在图中A位置时螺旋测微器如图2乙所示，在B位置时螺旋测微器如图2丙所示，则其示数xB=___________mm；则相邻两条纹间距△x=___________mm； 【答案】 5.880 1.19 (4)由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为___________m。 (5)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将___________（填“变大”、“不变”或“变小”）。 【答案】 1.19×10-6 变小 3．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图所示。双缝间的距离d=3mm。 若测定红光的波长，选用红色的滤光片，实验中测得双缝与屏之间的距离为0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观