4.4实验：用光的双缝干涉实验测量光的波长 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 第四节 实验：用双缝干涉实验测量光的波长 高中物理选择性必修第一册 1、掌握由 测光的波长原理，并能测单色光的波长。 实验思路 一、实验目标 2、观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法。 实验思路 二、实验原理 如图所示，相邻两条亮（暗）条纹间的距离 与入射光波长 ，双缝 、 间距离 及双缝与屏的距离 满足关系式 ，因此只需要测出 、 、即可测出光的波长 。 ⇒ 实验思路 三、实验器材 实验器材：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、目镜。 双缝干涉的实验装置 实验思路 四、实验操作 1、安装仪器： ① 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 ② 接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 ③ 安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。 实验思路 四、实验操作 2.观察与记录： ① 调单缝与双缝间距为5～10cm时，观察白光的干涉条纹。 ② 在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 ③ 调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数 ；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数 ，则相邻两亮条纹间的距离 。 ④ 换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。 实验思路 实验思路 五、数据处理 3.测量多组数据，求 的平均值。 1.条纹间距： 2.光的波长： 实验思路 六、注意事项 1.调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 2.放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。 3.调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐。 4.不要直接测 ，要测多条亮条纹的间距再计算得到 ，这样可以减小误差。 实验思路 七、误差分析 1.双缝到屏的距离 的测量存在误差。 2.测条纹间距 带来的误差如下： (1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。 (2)误认为 为亮(暗)条纹的宽度。 (3)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。 (4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。 例1.某同学利用如图所示的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，从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题： 练习与应用 (1)若想增加目镜中观察到的条纹个数，该同学可_______。 A.将单缝靠近双缝   B.将屏靠近双缝 C.将屏远离双缝   D.使用间距更大的双缝 BD (2)某次测量时，双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，当分划板的中心刻线对准第1条亮条纹的中心时读数x1＝2.310 mm，对准第5条亮条纹的中心时读数如图乙所示，则读数x2＝________mm，所测单色光的波长为________nm。 练习与应用 12.710 650 练习与应用 例2.如图甲所示：某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象： (1)图乙、图丙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________。 甲 乙 练习与应用 (2)下述现象中能够观察到的是________。 A.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 B.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 C.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 D.去掉滤光片后，干涉现象消失 (3)如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是11.550 mm，求得这种色光的波长为 m(已知双缝间距d＝0.2 mm，双缝到屏的距离l＝700 mm)。 AC 6.6×10-7 练习与应用 例3.某物理小组用如图所示的实验装置测光的波长。 (1)如图乙所示，将测量头的分划板中心刻线与A亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上 的示数x1＝2.331 mm，然后同方向转 动测量头，使分划板中心刻线与B亮纹 中心对齐，记下此时图丙中手轮上的 示数x6＝________mm。 15.375 练习与应用 (2)已知双缝间距d＝0.3 mm，双缝到屏的距离l＝1.2 m，由计算式λ＝________，可得所测光的波长为 m(计算式用题中出现的字母表示，波长保留2位有效数字)。 (3)在其他操作都正确的前提下，下列操作中一定会使测量结果偏小的是________。 A.数到第7条亮条纹时误记为第6条 B.测量相邻两条亮条纹的间距作为Δx C.测量单缝到屏的距离作为l D.测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐 6.5×10－7 C 练习与应用 例4.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图所示。 (1)单缝宽度为h，双缝间距为d，双缝与屏距离为l，当采取下列四组数据中的哪一组时，可能在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹________(填正确答案标号)。 A.h＝10 mm，d＝0.2 mm，l＝10 cm B.h＝10 mm，d＝10 mm，l＝80 cm C.h＝1 mm，d＝0.2 mm，l＝80 cm D.h＝1 mm，d＝10 mm，l＝10 cm C 练习与应用 (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐 某条纹的中心时，手轮上的示数如图 所示，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6所示。则在这种情况下波长的测量值 (填“大于”“小于”或“等于”)实际值。 4.945 大于 练习与应用 例5.洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是 。 练习与应用 (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”。 (2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝ m(结果保留1位有效数字)。 6×10－7 (3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离 。 A.将平面镜稍向上移动一些 B.将平面镜稍向右移动一些 C.将光屏稍向右移动一些 D.将光源由红色光改为绿色光 AC