第4章 4. 实验：用双缝干涉测量光的波长(学案)-【成才之路】2023-2024学年高中新教材物理选择性必修第一册同步学习指导(人教版2019)

４. 实验:用双缝干涉测量光的波长 目标体系构建 明确目标􀅰梳理脉络　 学习目标 　 　 １. 观察不同单色光的双缝干涉图样ꎮ ２. 掌握用公式 Δｘ ＝ ｌｄ λ 测定单色光的波长的 方法ꎮ ３. 认识物理实验和数学工具在物理发展过程 中的作用ꎮ 思维脉络 用双缝干涉测 量光的波长 — —实验原理— 由 Δｘ ＝ ｌｄ λ 得 λ ＝ ｄΔｘｌ —物理量的测量— — ｌ 的测量 —Δｘ 的测量 —进行实验— 观察双缝干涉 图样并测波长 —数据分析—注意事项 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 课前预习反馈 教材梳理􀅰落实新知　 知识点 １ 实验器材 　 　 双缝干涉仪ꎬ即光具座、光源、　 　 滤光片　 、 单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、　 　 测量头　 ꎮ 另 外ꎬ还有学生电源、导线、　 　 刻度尺　 等ꎮ 知识点 ２ 实验原理 　 　 如图所示ꎬ与两缝之间的距离 ｄ 相比ꎬ每个狭 缝都很窄ꎬ宽度可以忽略ꎮ 两缝 Ｓ１、Ｓ２ 的连线的 中垂线与屏的交点为 Ｐ０ꎬ双缝到屏的距离 ＯＰ０ ＝ Ｌ 　 　 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是 Δｘ ＝ Ｌｄ λꎬ则 λ ＝ 　 　 　 　 　 　 ꎮ 已知双缝间距 ｄꎬ再测出双缝到屏的距离 Ｌ 和 条纹间距 Δｘꎬ就可以求得光波的波长ꎮ 知识点 ３ 物理量的测量 　 　 １. Ｌ 的测量:双缝到屏的距离可以用 　 　 刻 度尺　 测出ꎮ ２. Δｘ 的测量:相邻两条亮条纹间的距离需用 　 　 测量头　 测出ꎮ 为减小误差ꎬ可测出 ｎ 个亮条 纹间的距离 ａꎬ再求出相邻两个亮条纹间的距离 Δｘ ＝ 　 　 　 　 　 ꎮ 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 120 课内互动探究 细研深究􀅰破疑解难　 要 点 提 炼 　 　 １.实验过程 (１)按照如图所示的装置安装好仪器ꎬ调整 光源的位置ꎬ使光源发出的光能平行地进入遮光 筒并照亮光屏ꎮ (也可直接用双缝干涉仪) (２)放置单缝和双缝ꎬ使缝相互平行ꎬ调整各 部件的间距ꎬ观察白光的双缝干涉图样ꎮ (３)在光源和单缝间放置滤光片ꎬ使单一颜 色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样ꎮ (４)用刻度尺测出双缝到屏幕的距离 ｌꎬ用测 量头测出相邻的两条亮(或暗)纹间的距离 Δｘꎮ (５)利用表达式 λ ＝ ｄｌ Δｘ 求单色光的波长ꎮ (６)换用不同颜色的滤光片ꎬ观察干涉图样 的异同ꎬ并求出相应的波长ꎮ ２.数据处理 (１)转动手轮ꎬ使分划板中心刻线对齐某条 亮纹的中央ꎬ如图所示ꎮ 记下手轮上的读数 ａ１ꎻ转 动手轮ꎬ使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹 的中央ꎬ记下此时手轮上的读数 ａ２ꎻ并记下两次测 量时移过的条纹数 ｎꎬ则相邻两亮条纹间距 Δｘ ＝ ｜ ａ２ － ａ１ ｜ ｎ － １ ꎮ (２)用刻度尺测量双缝到光屏的距离 ｌ(双缝 间距 ｄ 是已知的)ꎮ (３)将测得的 ｌ、Δｘ 代入 Δｘ ＝ ｌｄ λ 求出光的波 长 λꎮ (４)多次重复上述步骤ꎬ求出波长的平均值ꎮ 　 　 ３.注意事项 (１)放置单缝和双缝时ꎬ必须使缝平行ꎮ 间 距大约为 ５ ~ １０ ｃｍꎮ (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ꎮ (３)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹 的中心ꎮ (４)要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距 离ꎬ再求 Δｘꎮ (５)调节的基本依据:照在光屏上的光很弱ꎬ 主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不 共轴所致ꎬ干涉条纹不清晰主要原因是单缝与双 缝不平行所致ꎮ 考点一　 实验原理及数据处理 典 例 剖 析 　 　 典例 １ 某同学利用如图甲所示装置测量光 的波长ꎮ (１)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹 的中心对齐ꎬ将该亮条纹定为第 １ 条亮条纹ꎬ此时 手轮上的示数为 ３. ７３０ ｍｍꎬ转动测量头ꎬ使分划 板中心刻线与第 ６ 条亮条纹中心对齐ꎬ此时手轮 上的示数如图乙所示ꎬ则图乙读数为 　 １０. ３３０ 　 ｍｍꎬ已知双缝间距 ｄ ＝ ０. ３ ｍｍꎬ双缝到光屏的距 离 ｌ ＝ ６００ ｍｍꎬ由以上数据得这种光的波长 λ ＝ 　 　 ６６０　 ｎｍꎮ (２ ) 以下操作ꎬ 能使条纹间距变大的是 　 　 Ｃ　 ꎮ Ａ. 将滤光片由红色换成蓝色 Ｂ. 增大单缝到双缝的距离 Ｃ. 增大双缝到光屏的距离 Ｄ. 换一个间距较大的双缝 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋