4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第四章 光 4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 1. 了解光波产生稳定的干涉现象的条件； 2. 观察双缝干涉图样； 3. 测定单色光的波长. 一、实验目的 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距△x、双缝间距d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ满足： 二、实验原理 双缝干涉仪(由光具座、光源、透镜、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． 三、实验器材 滤光片 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，使灯泡在透镜的焦点上，灯泡发的光经透镜后变成平行光(光更集中)照在单缝上，作为线光源，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样； 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 四、实验步骤 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(避免返程差)，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： 15 20 5 10 0 20 25 15 第1条时读数 第4条时读数 15 20 5 10 0 30 35 40 45 螺旋测微器的读数 四、实验步骤 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、实验步骤 重点强调：几个物理量的测量 L的测量：双缝到屏的距离L可以用刻度尺测出。 滤光片 L 四、实验步骤 重点强调：几个物理量的测量 的测量：相邻两条亮条纹间的距离 需用测量头测出。测量头通常有两种（如图所示），但都由分划板、目镜、手轮等构成。 绿光干涉图样 白光干涉图样 红光干涉图样 9 四、实验步骤 重点强调：几个物理量的测量 第1条x1 第7条x2 设计表格记录实验数据。d 是已知的，L 和 n 条亮条纹间的距离 a 是直接测量值。 双缝干涉 d L x1 x2 a λ d1= L1 L1 L2 d2= L1 L1 L2 五、数据分析 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． 六、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． 七、误差分析 例1. 用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件: A.白炽灯 B.单缝片 C.光屏 D.双缝 E.滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上) F.透镜 (1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是:A________(A已写好). (2)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有________大于___________. a b λ红＞λ绿 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 典例分析——实验仪器的选择与使用 FEBDC 例2. 在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如下图所示。双缝间的距离d=3 mm. (1)若测定红光的波长，应选用___色的滤光片.实验时需要测定的物理量有：_________________和___________________________. 红 双缝到屏的距离L n条亮(或暗)条纹的距离a 典例分析——实验过程和数据处理 (2)若测得双缝与屏之间距离为0.70 m，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0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如下图(a)所示，观察第5条亮纹的位置如下图(b)所示。则可求出红光的波长λ=__________m.(保留一位有效数字) 示数为0 0.650mm 7×10-7 例2. 在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如下图所示。双缝间的距离d=3 mm. 典例分析——实验过程和数据处理 例3、在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示． (1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点： A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置 B．干涉条纹与双缝垂直 C．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关 D．干涉条纹间距与光的波长有关 以上几点中你认为正确的是________． ACD 典例分析——实验过程和数据处理 17 (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________mm.   (3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示．则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(填“大于”、“小于”或“等于”)实际值. 0.702 大于 典例分析——实验过程和数据处理 18 例4．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将所用器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。实验时调节测量头，使分划板中心刻线与一条亮条纹中心对齐，记录为第一条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心线对准第六条亮条纹的中心，记下此时图丙中手轮的示数，已知双缝间距d为1.5×10-4m，双缝到屏的距离L为0.800m，下列说法正确的是（　 　） CD A．用两束单色光A、B分别做干涉实验，若A光的条纹间距比B光的大，则A光折射率更大，在水中的传播速度更大 B．减小实验中的双缝间距，目镜中的条纹数会增加 C．图丁中的亮条纹间距表示正确 D．该单色光的波长约为430nm 典例分析——实验过程和数据处理 作业 P 完成《》对应内容及教材上其余习题 【答案】CD 【详解】A．根据双缝干涉条纹间距公式 可知，用两束单色光A、B分别做干涉实验，若A光的条纹间距比B光的大，则A光波长大，频率小，折射率小，根据 可知，在水中的传播速度更大，选项A错误； B．减小实验中的双缝间距，根据 则条纹间距增加，则目镜中的条纹数会减小，选项B错误； C．条纹间距是指相邻明纹或暗纹之间的距离，则图丁中的亮条纹间距表示正确，选项C正确； D．根据螺旋测微器读数规则，题图乙中手轮的示数为 ，题图丙中手轮的示数为 ；条纹间距 由条纹间距公式 得 选项D正确。故选CD。 $$