4.5 实验：用双缝干涉测量光的波长 课件-2025-2026学年高二上学期物理教科版选择性必修第一册

滤光片 High School Physics 会用公式Δx=λ进行数据处理求光的波长 掌握螺旋测微器的读数方法 03 02 掌握用双缝干涉测量光的波长的原理和 方法 01 1.干涉条件：频率相同、振动情况相同的光 3.条纹间距： λ 意义：λ--照射光的波长、d--双缝间距、l--屏到双缝间距离 2.明暗条件 n=0、1、2、3…… 明纹： 暗纹： n=0、1、2、3…… 知识回顾 同学们，你见过最精密的尺子是什么？可能是千分尺，千分尺的精确度可以达到10-5m,你知道，可见光的波长比这个还有小的很多，光的波长是怎样被测量出来的，你能根据之前学习过的知识设计实验方案吗？ 观察与思考 一、实验原理 1.干涉条纹和光的波长之间的关系 λ 双缝 屏幕 核心知识 2.实验设计 滤光片 线光源 单色光 相干光源 观察干涉条纹 使光线集中 l 通过调节目镜和测量头测出相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离Δx，可由λ=Δx 得出单色光的波长。 核心知识 二、实验器材 光具座、双缝干涉仪(由光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、拨杆、遮光管、毛玻璃屏、测量头等组成)、学生电源。 单缝 双缝 核心知识 遮光管 毛玻璃屏 测量头 核心知识 1.双缝的距离 d 可以在实验器材上直接读出 l 2.双缝到屏的距离 l 的测量 可以用刻度尺测出 未接长管时，l = 600 mm 接上长管后，l= 700 mm 三、相关物理量的测量 核心知识 3.相邻两条亮条纹间的距离Δx (1)测量头的构成 分划板 目镜 手轮 分划板中心刻线 螺旋测微器 核心知识 (2)使用 转动测量头 x1 第1个 x2 第n个 相邻两条亮条纹间的距离Δx= 核心知识 1.把遮光管架在支架环上。 2.在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座。再装好单缝管，使单缝与双缝平行。 3.调整灯泡高度，使灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高。 光源 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 目镜 轴线与光具座平行 双缝与水平面垂直 约为25cm 四、实验步骤 核心知识 4.在遮光管的另一端装上测量头，观察白光的干涉条纹。 核心知识 5.在单缝前面加上红色或绿色滤光片，观察红黑相间或绿黑相间的清晰的干涉条纹。 滤光片 光源 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 目镜 核心知识 第1条x1 第n条x2 15 20 5 10 0 20 25 15 第1条时读数 第n条时读数 15 20 5 10 0 30 35 40 45 螺旋测微器的读数 6.相邻两条亮条纹(或暗条纹)之间的距离的测量 Δx= 7.改变双缝中心距离d，重复上面的步骤，再测一次。 核心知识 五、误差分析 1.误差来源 (1)利用刻度尺和测量头测距离，读数时会存在误差。 (2)单缝、双缝没有严格平行，其中心没有位于遮光管的轴线上。 (3)单缝到双缝的两个缝的距离没有严格相等。 单缝 双缝 平行 核心知识 2.减小误差的方法 Δx= 问题：如何减小l 的测量误差？ 问题：如何减小相邻两条亮条纹间的距离Δx的测量误差？ 提示：(1)测量n条亮条纹(或暗条纹)之间的间距时，n的取值可以适当大一些，多次测量求平均值； (2)尽量把单缝、双缝调平行，调节单缝到双缝的两个缝的距离相等，使单缝、双缝中心大致位于遮光管的轴线上。 提示：用刻度尺测量测量光屏到双缝的距离时多次测量求平均值。 核心知识 六、注意事项 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆卸遮光管、测量头等元件。 2.滤光片、单缝、双缝等若有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。 3.光源灯丝最好是线状灯丝，与单缝平行且靠近。 4.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光管的中心轴线上，并使单缝与双缝平行且竖直。 核心知识 5.调节时应注意： 6.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮条纹的中心。 7.转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转。 (1)看不到图样或图样较暗； (2)干涉条纹是斜的； (3)条纹不清晰。 原因：双缝不是竖直放置的。 原因：单缝、双缝的放置方向不平行。 原因：光源、透镜、遮光筒不共轴。 核心知识 为什么不直接测量Δx，而要测量n条条纹的间距？ 答案　由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，无法直接测出一条条纹的宽度，只能先测出n条条纹间距，再求相邻条纹间的距离。 讨论交流 A 拨杆 1.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)单缝宽度为h，双缝间距为d，双缝与屏距离为L，当采取下列数据时，在光屏上观察到干涉条纹清晰可辨度最高的是　　。  A.h=10mm，d=2mm，L=10cm B.h=10mm，d=10mm，L=70cm C.h=1mm， d=2mm， L=70cm C (2)为了使射向单缝的光更集中，图甲中仪器A是　　　　(选填“凹透镜”或“凸透镜”)。  凸透镜 例题 d1，双缝间距为d2，由以上物理量求得所测单色光的波长为__________ (选择其中的已知物理量符号表示)。  (3)通过调整，某同学从目镜中看到干涉图像如图乙，当她将中心刻线对准M处的亮条纹中心时，测量头游标卡尺读数为x1，当移至N处亮条纹中心时，测量头游标卡尺读数为x2，已知单缝与双缝的距离为L1，双缝与屏的距离为L2，单缝宽为 (1)本实验单缝必须形成线光源，所以h应尽量小，再根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知，d越小，L越大，条纹间距越大，越清晰，故选C。 (2)由于凸透镜有会聚作用，所以为了使射向单缝的光更集中，题图甲中仪器A是凸透镜。 (3)根据双缝干涉条纹间距公式可得λ=Δx，Δx=，所以λ=。 2.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单缝宽度有关 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　　。  AD 例题 (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某干涉条纹线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为　　　 mm。  0.703 (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　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。  大于 (1)为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝和单缝及双缝必须平行放置，A正确；干涉条纹与双缝平行，B错误； 由干涉条纹间距公式Δx=λ可知，干涉条纹疏密程度与光的波长、双缝到屏的距离以及双缝的间距有关，与单缝宽度无关，C错误，D正确。 (2)由题图乙所示可知，该读数为0.5 mm+20.3×0.01 mm=0.703 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，如题图丙所示，由几何关系可知，测量头中的读数大于条纹间的实际距离，则条纹间距Δx的测量值大于实际值。 本 课 结 束 Keep Thinking! Lavf59.27.100 $今天为大家示范的实验室用双缝干涉测量光的波长。本次实验我们将通过以下环节来测量光的波长。一安装实验器材并调整。二观察白光和单色光的干涉图样。三应用公式计算出单色光的波长。在实验中我们需要用到以下实验器材，双缝干涉、实验仪、学生电源。双缝干涉实验仪主要由以下部分组成，光具座、光源。凸透镜。逆光。片、双凤。三风管。遮光。筒、加长。管、测量。头。接下来开始安装。把两个半圆形。支架固定在光具座的滑块上，使两个支架。等高。再把遮光管架在支架上。安装。光源。使光源与遮光管等高。连接。电源。电压调整到6伏，打开开关，安装凸透镜。是凸透镜与遮光管等高。在遮光管的左端装上双缝，双缝间距D等于0.25毫米，记录下来用于测量单色光波长。在双缝外面套上单缝管。拧紧螺丝。调整位置。使光聚集。在丹凤中部。遮光管另一端装上加长管。将测量头安装在遮光管的右端。使得测量头内三根垂直方向的分化线与干涉条纹平行，这样我们就安装完成了。边观察边左右拨动丹凤管上的拨杆，使单双凤平行，直至看到最清晰的干涉条纹。可以看到中央为白色亮条纹，两边是明暗相间且不同间距的彩色条纹。在光源和丹凤间放置红色的滤光片。观察光屏可以看到明暗相间、亮度均匀的红色条纹，且条纹间距相等。取下红色滤光片，换上绿色的滤光片。再观察光屏，可以看到明暗相间、亮度均匀的绿色条纹，且条纹间距相等。在丹凤和光源间放上红色的滤光片，转动测量头手轮，使分划板的中心刻度线与某条亮条纹的中央对齐。读出游标尺的读数为一等于9.62毫米。转动手轮，使分划板中心刻度线向右移至第三条亮条纹的中央，此时游标尺的读数A2等于13.30毫米。N这两条纹间的距离为A等于A2减A1，N等于3。相邻两亮条纹兼具delt，x等于A2减A1除以N减一等于13.30毫米减9.62毫米除以3减1等于1.84毫米。已知说明书中的双缝到屏的距离L等于700毫米，双缝间距D等于0.25毫米，delta x等于1.84毫米。代入公式，红光的波长拉姆达等于B乘delt x除以L等于0.25毫米乘1.84毫米除以700毫米等于零点00065714毫米，等于657.14纳米。换上绿色的滤光片重复实验，转动测量头手轮，使分划板的中心刻度线与某条亮条纹的中央对齐。读出游标尺的读数为E等于9.00毫米，转动手轮，使分划板中心刻度线向右移至第三条亮条纹的中央。此时游标尺的读数A2等于11.90毫米。按各亮条纹间的距离为A等于A2减A1N等于3。相邻两亮条纹。间距DRX等于A2减A1除以N减一等于11.90毫米减9.00毫米除以3减1等于1点四五毫米。已知说明书中的双凤大屏的距离L等于。700毫米. 双缝间距D等于0.25毫米，delta x等于1点四五毫米。代入公式，绿光的波长拉姆达等于D乘delt x除以L等于0.25毫米，乘1点四五毫米除以700毫米等于零点00051786毫米，等于517.86纳米。采用累计法测N调亮纹的间距时，增大N的值，即可减小在测量条纹间距delt x时的误差。实验结束后，要记得关闭电源，并将有关实验用品整理好。