6 实验：用双缝干涉测量光的波长（导学案）物理人教版2019选择性必修第一册

6. 实验：用双缝干涉测量光的波长 导学案 1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理，知道影响相邻亮(暗)条纹间距的因素。 2.通过进行“用双缝干涉测量光的波长”实验，加深对双缝干涉图样的认识和理解。 3.认识物理实验和数学工具在物理发展过程中的作用。 1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理(重点)。 2.学会安装实验器材，并能进行正确的实验操作测量光的波长(重难点)。 【知识回顾】 光的干涉现象：____、____和________总是相同的两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到________的条纹。 【自主预习】 （一）实验目的 1．观察单色光的双缝干涉图样。 2．测量单色光的波长。 （二）实验原理 1．实验思路 光源发出的光经______(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮。____相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有________，我们可以在这个屏上观察到________，并由λ＝____计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光______。 2.物理量的测量 根据λ＝Δx可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx(双缝间的距离d已知)。具体操作如下。 (1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用______测出。 (2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx需用______测出。 （三）实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、透镜、______、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。 【思考与讨论】 如例，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量某单色光的波长。 (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：__________________。 (2)本实验的步骤有： ①取下遮光筒左侧除光源之外的元件，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的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用米尺测量双缝到屏的距离； ④用测量头测量数条亮条纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意__________________和__________________。 (3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm。 (4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测单色光波长为________ nm。 [规范解答]　(1)滤光片E的作用是从白光中获得单色光，单缝的作用是获取线光源，双缝的作用是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏。所以由左至右，排列顺序为：C、E、D、B、A。 (2)在操作步骤②时还应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10 cm。 (3)测量头的读数：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度。题图甲读数为2.420 mm，题图乙读数为12.270 mm，所以相邻亮条纹间距：Δx＝ mm＝1.970 mm。 (4)由双缝干涉相邻亮(暗)条纹间距公式Δx＝λ得：λ＝，代入数据得：λ≈5.63×10－7 m＝563 nm。 总结：实验点拨 (1)本实验中的器材排序是一个考查的重点，光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏，在光具座上可从左向右排，也可以从右向左排，但任何两个元件之间的排序不能颠倒，尤其是滤光片和单缝之间，要注意这一点。 (2)本实验中处理数据时有三个关键：一是正确读取测量头的示数；二是明确Δx＝中各个字母的含义，特别注意要与具体的条纹结合起来进行判断；三是注意单位换算和有效数字的保留。 六、课堂小结 （一）核心知识点 模块 关键内容 实验原理 实验思路和物理量的测量：本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx(双缝间的距离d已知)。 实验分析 光的干涉现象在实验中的具体运用。 （二）方法技巧 原理理解：上节课知识点相互理解，抓住运用和主要矛盾，忽略次要因素。 1.如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．实验中： (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________。(单选) A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________。(单选) A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 2.用双缝干涉测量光的波长。实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离L1＝100 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，双缝间距d＝0.25 mm。用测量头来测量亮条纹中心间的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数。 (1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190 mm、对准第4条时读数x2＝________ mm； (2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝______ nm；(保留三位有效数字) (3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是________。 A．改用波长较短的光(如紫光)作入射光 B．增大双缝到屏的距离 C．减小双缝间距 3．洛埃(H·Lloyd)在1834年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃镜。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光屏上两光交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。 (1)通过洛埃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到平面镜的距离为h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离为D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹到第12条亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝__________ m(结果保留三位有效数字)。 4．寒假期间，小明利用图甲所示生活中的物品，测量了某型号刀片的厚度。 实验过程如下： (1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑。 (2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕。 (3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。 (4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。 (5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为________ cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δy＝________ cm。 (6)测量玻璃片到光屏的距离L＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝700 nm，利用公式求出双划痕间距d＝________ mm，即为刀片厚度(结果保留两位有效数字)。 课后反思 1.你是否认识到精密测量中细节的重要性？ 2.实验过程中条纹对齐需要注意什么？ 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $ 6. 实验：用双缝干涉测量光的波长 导学案 1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理，知道影响相邻亮(暗)条纹间距的因素。 2.通过进行“用双缝干涉测量光的波长”实验，加深对双缝干涉图样的认识和理解。 3.认识物理实验和数学工具在物理发展过程中的作用。 1.掌握双缝干涉测量光的波长的原理(重点)。 2.学会安装实验器材，并能进行正确的实验操作测量光的波长(重难点)。 【知识回顾】 光的干涉现象：频率、相位和振动方向总是相同的两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。 【自主预习】 （一）实验目的 1．观察单色光的双缝干涉图样。 2．测量单色光的波长。 （二）实验原理 1．实验思路 光源发出的光经滤光片(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝Δx计算出光的波长。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。 2.物理量的测量 根据λ＝Δx可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx(双缝间的距离d已知)。具体操作如下。 (1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。 (2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx需用测量头测出。 （三）实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。 【思考与讨论】 如例，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量某单色光的波长。 (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：__________________。 (2)本实验的步骤有： ①取下遮光筒左侧除光源之外的元件，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的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用米尺测量双缝到屏的距离； ④用测量头测量数条亮条纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意__________________和__________________。 (3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm。 (4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测单色光波长为________ nm。 [规范解答]　(1)滤光片E的作用是从白光中获得单色光，单缝的作用是获取线光源，双缝的作用是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏。所以由左至右，排列顺序为：C、E、D、B、A。 (2)在操作步骤②时还应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10 cm。 (3)测量头的读数：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度。题图甲读数为2.420 mm，题图乙读数为12.270 mm，所以相邻亮条纹间距：Δx＝ mm＝1.970 mm。 (4)由双缝干涉相邻亮(暗)条纹间距公式Δx＝λ得：λ＝，代入数据得：λ≈5.63×10－7 m＝563 nm。 [答案]　(1)C、E、D、B、A (2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行　单缝、双缝间距离大约为5～10 cm (3)12.270　1.970 (4)　563 总结：实验点拨 (1)本实验中的器材排序是一个考查的重点，光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏，在光具座上可从左向右排，也可以从右向左排，但任何两个元件之间的排序不能颠倒，尤其是滤光片和单缝之间，要注意这一点。 (2)本实验中处理数据时有三个关键：一是正确读取测量头的示数；二是明确Δx＝中各个字母的含义，特别注意要与具体的条纹结合起来进行判断；三是注意单位换算和有效数字的保留。 六、课堂小结 （一）核心知识点 模块 关键内容 实验原理 实验思路和物理量的测量：本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx(双缝间的距离d已知)。 实验分析 光的干涉现象在实验中的具体运用。 （二）方法技巧 原理理解：上节课知识点相互理解，抓住运用和主要矛盾，忽略次要因素。 1.如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．实验中： (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________。(单选) A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________。(单选) A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 答案　(1)C　(2)D 解析　(1)若粗调后看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故选C。 (2)根据Δx＝λ，可知要增大条纹间距，可以增大双缝到光屏的距离l或减小双缝的间距d，故选D。 2.用双缝干涉测量光的波长。实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离L1＝100 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，双缝间距d＝0.25 mm。用测量头来测量亮条纹中心间的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数。 (1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190 mm、对准第4条时读数x2＝________ mm； (2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝______ nm；(保留三位有效数字) (3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是________。 A．改用波长较短的光(如紫光)作入射光 B．增大双缝到屏的距离 C．减小双缝间距 答案　(1)7.870　(2)675　(3)BC 解析　(1)分划板中心刻线对准第4条亮条纹中心时，读数x2＝7.5 mm＋37.0×0.01 mm＝ 7.870 mm (2)相邻亮条纹中心的间距Δx＝，根据Δx＝λ，得这种光的波长为λ＝Δx＝675 nm (3)根据Δx＝λ知，要使条纹变稀疏，可以增大双缝到屏的距离、减小双缝间距、增大入射光的波长，故选B、C。 3．洛埃(H·Lloyd)在1834年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃镜。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光屏上两光交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。 (1)通过洛埃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到平面镜的距离为h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离为D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹到第12条亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝__________ m(结果保留三位有效数字)。 答案　(1)S′　(2)6.33×10－7 解析　(1)如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”。 (2)第3条亮条纹到第12条亮条纹的中心间距为22.78 mm，则相邻亮条纹的中心间距Δx＝ m≈2.53×10－3 m，等效双缝间的距离d＝2h＝0.30 mm，根据双缝干涉条纹间距公式有Δx＝λ，得λ＝＝ m≈6.33×10－7 m。 4．寒假期间，小明利用图甲所示生活中的物品，测量了某型号刀片的厚度。 实验过程如下： (1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑。 (2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕。 (3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。 (4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。 (5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为________ cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δy＝________ cm。 (6)测量玻璃片到光屏的距离L＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝700 nm，利用公式求出双划痕间距d＝________ mm，即为刀片厚度(结果保留两位有效数字)。 答案　(5)10.50　2.10　(6)0.10 解析　(5)用刻度尺测出a、b两点间的距离为10.50 cm；两相邻暗纹中心之间的距离为Δy＝ cm＝2.10 cm。 (6)由公式Δy＝λ，解得刀片的厚度为d＝＝0.10 mm。 课后反思 1.你是否认识到精密测量中细节的重要性？ 2.实验过程中条纹对齐需要注意什么？ 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $