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：用双缝干涉测光的波长 选择性必修第一册&第四章 光 授课教师：杨孝波 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； 3.掌握测定单色光的波长的方法。 一、实验目的 1.原理：由双缝干涉亮（暗）纹间距的公式 由公式 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，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式 计算出入射光波长的大小。 二、实验思路—原理 2.实验器材: 1.透镜的作用是什么？ 2.单缝的作用是什么？ 3.滤光片有什么作用？应放在上述装置中哪个位置？ 思考： 单缝：作为线光源 双缝：作为两个相干光源 滤光片：装在单缝前，使光成为单色光 毛玻璃屏：在屏上观察干涉条纹 透镜:使射向单缝的光更集中 双缝干涉仪、学生电源、导线、刻度尺 二、实验思路—器材 1.双缝的距离 d 可以在实验器材上直接读出 2.双缝到屏的距离 l 的测量： 滤光片 l 可以用刻度尺测出 三、物理量的测量—d和l的测量 3.相邻两条亮条纹间距 ∆x 的测量： 分划板 目镜 手轮 分划板中心刻线 转动手轮，使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。 继续转动手轮，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离⊿x。 用双缝干涉仪自带的测量头测量 三、物理量的测量—∆x的测量 累计法：为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出 n 个亮条纹间的距离 a，再求出相邻两个亮条纹间的距离 。 第1条 第7条 读数：X1 读数：X2 3.相邻两条亮条纹间距 ∆x 用双缝干涉仪自带的测量头测量 三、物理量的测量—∆x的测量 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； 滤光片 l 四、实验过程—步骤 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。 四、实验过程—步骤 9 实验演示 四、实验过程—演示 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． 五、注意事项 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． 3．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． 六、误差分析 实验原理与操作 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在下图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。 课堂练习 (1)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，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、________、________、A。 [解析]　(1)滤光片E是用来从白光中选出单色红光的，单缝屏是用来获得线光源的，双缝B是用来获得相干光源的，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。 E　 D　 B 课堂练习 (2)本实验的步骤如下： ①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； ③用刻度尺测量双缝到屏的距离； ④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。 课堂练习 在操作步骤②时还注意：__________________________________、_____________________