4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长（培优教学课件）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“用双缝干涉测量光的波长”实验，通过“牛顿三棱镜色散后波长如何测量”的问题导入，衔接光的色散知识，搭建从现象观察到实验原理探究的学习支架。 其亮点在于以实验完整流程为核心，融合物理观念（干涉条纹间距与波长关系）、科学思维（方案设计与数据处理）和科学探究（误差分析与白光干涉图样研究），通过具体步骤、数据表格及练习题详解，帮助学生掌握实验方法，提升探究能力，教师可直接用于实验教学，提高课堂效率。

4.实验：用双缝干涉测量光的波长 第四章 光 人教版选择性必修第一册 导入新课 思考：牛顿用三棱镜把太阳光分解成连续分布的可见光谱，人们常将其粗略分为七种颜色。那么你知道它们的波长是怎样测出来的吗？ 物理观念 根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系,确定测量光的波长的实验思路。 科学思维 设计实验方案,并正确操作实验器材,得到明显的干涉条纹;研究测量干涉条纹间距的方法,对测量数据进行整理,得到波长的测量值。 学习目标 学习目标 科学探究 分析影响干涉条纹清晰度和实验误差的因素,并找到调整办法;通过观察白光的干涉图样,探究误差的成因。 科学态度与责任 经历确定实验思路、选取实验器材、绘制装置草图、设计实验方案、研究测量方法、处理实验数据、进行误差分析等实验环节,体会物理实验的一般流程,促进实验素养的提升。 重点 1.了解实验装置，知道实验原理及需要测量的物理量，知道测量头的使用方法，会测量亮条纹的间距。 2.知道获得干涉图样的实验操作要求，理解实验中满足干涉条件的方法。 难点 经历实验过程，会设计实验数据记录表并记录数据，会根据给出的波长表达式计算不同颜色光的波长。 重点难点 1. 实验思路 2. 实验器材 3. 实验步骤与注意事项 4. 数据分析与误差分析 5. 课堂总结 6. 练习与应用 7. 提升训练 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 学习内容 第4节 用双缝干涉测量光的波长 一、实验思路 一、实验思路 1、实验目的 （1）观测单色光的双缝干涉图样 （2）用双缝干涉图样测定单色光的波长 2、实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）纹间的距离△x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ之间满足 二、实验器材 第4节 用双缝干涉测量光的波长 二、实验器材 双缝干涉仪(由光具座、光源、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。 光源 滤光片 双缝 遮光筒 毛玻璃 单缝 测量头 二、实验器材 单缝 双缝 二、实验器材 游标卡尺 目镜 二、实验器材 遮光筒 毛玻璃屏 三、实验步骤与注意事项 第4节 用双缝干涉测量光的波长 三、实验步骤与注意事项 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； 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 三、实验步骤与注意事项 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。 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 透镜 三、实验步骤与注意事项 特别强调 ：测量第1条到第n条亮条纹中心间的距离a，则= a /(n-1)。 三、实验步骤与注意事项 第1条， 第7条， 读数：x1 读数：x2 三、实验步骤与注意事项 1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件． 2．滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去． 3．安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm. 4．调节的基本依据：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行． 5．测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心． 6．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近． 注意事项 四、数据分析与误差分析 第4节 用双缝干涉测量光的波长 四、数据分析与误差分析 数据记录 红光 蓝光 双缝间距d/m 双缝到屏的距离 l/m 手轮读数a1/m 手轮读数a2/m 移动条纹数n -1 相邻亮条纹间距Δx/m 1.收集数据填入下表 四、数据分析与误差分析 2.计算波长 四、数据分析与误差分析 误差分析 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． 五、课堂总结 第4节 用双缝干涉测量光的波长 五、课堂总结 用双缝干涉测量光的波长 实验原理：Δx＝λ，则λ＝ 相邻两条亮条纹间的距离∆ x 测量双缝到屏的距离 l 物理量的测量 进行实验：观察双缝干涉图样并测出波长 注意事项 数据分析 六、练习与应用 第4节 用双缝干涉测量光的波长 六、练习与应用 1.如图所示为双缝干涉的实验装置，图中有四个光学元件的名称空缺，关于它们的名称正确的是（　　）   A．①单缝 ②滤光片 ③双缝 B．①凸透镜 ②单缝 ③双缝 C．②凸透镜 ③双缝 ④遮光筒 D．①滤光片 ②双缝 ③遮光筒 六、练习与应用 【答案】 【详解】双缝干涉实验中，如果提供的是单色光源，则①为凸透镜，作用是点光源发出的发散光变为平行光；②为单缝，因为普通光源的相干性很差因为原子发光的情况各不相同，如果直接照到双缝上的话是看不到干涉条纹的，先让其经过一单缝，使从单缝出发的光变为相干光因为是从同一个线光源上发出的，所以振动情况相同，这样才能在光屏上看到条纹，所以单缝的作用就是获取线光源；③为双缝，④为遮光筒。 B 六、练习与应用 2.如图所示为双缝干涉实验装置示意图，实验时光源发出的光经滤光片成为单色光，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，则下列说法正确的是（　　） A．组装实验仪器时，应将单缝和双缝垂直放置 B．若想增加在目镜中观察到的条纹个数，应将单缝向双缝靠近 C．若将滤光片去掉，则毛玻璃上将呈现黑白相间条纹 D．若将红色滤光片换成绿色滤光片，则毛玻璃上的干涉条纹间距将变窄 六、练习与应用 【答案】D 【详解】A．组装实验仪器时，单缝与双缝应该相互平行放置，故A错误； B．若想增加在目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度将减小，根据相邻条纹间的距离为 可知，可以减小L或者增大d，所以应该将屏幕向双缝方向移动，故B错误； C．若将滤光片去掉，能观察到干涉图样，只是这时观察到的是各色光重叠产生的彩色条纹，故C错误； D．若将红色滤光片换成绿色滤光片，则波长变小，根据 可知，则毛玻璃上的干涉条纹间距将变窄，故D正确。 六、练习与应用 3.某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。实验过程中观察到分划板中心刻线与第1条亮条纹中心对齐时，手轮读数为；转动手轮，分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐时，手轮读数为。已知双缝到光屏的距离为，双缝间距为，则该单色光的波长为（　　） A． B． C． D． 六、练习与应用 【答案】B 【详解】相邻条纹间距为 根据，可得该单色光的波长为 故选B。 六、练习与应用 4.(1)如图：在托马斯·杨双缝干涉实验中，调整仪器，从目镜中观察到纵向分布的干涉条纹（　　） A．若单缝和双缝不平行，在屏上将不会产生干涉条纹 B．若在单缝前插入透振方向水平的偏振片，从目镜中将观察到横向分布的干涉条纹 C．若在单缝前插入透振方向水平的偏振片，从目镜中将观察到干涉条纹亮度变暗 D．若在遮光筒内充满折射率较大的透明介质，从目镜中将观察到干涉条纹变密集 六、练习与应用 【答案】(1)ACD 【详解】（1）A．单缝的作用是产生线光源，双缝必须与单缝平行，才能保证双缝获得相干的线光源。否则两缝受光条件变差，干涉条纹会变得不清晰甚至难以观察，故A正确； B．双缝干涉条纹的分布方向由双缝的方向决定（双缝为竖直方向，条纹为竖直分布）。在单缝前插入水平偏振片，仅改变光的偏振态，不会改变双缝干涉条纹的方向，因此不会观察到横向（水平）分布的干涉条纹，故B错误； C．在单缝前插入透振方向水平的偏振片，会吸收部分光能量，导致入射光强减弱。干涉条纹的亮度与光强成正比，因此从目镜中会观察到干涉条纹亮度变暗，故C正确； D．双缝干涉条纹间距公式为 若遮光筒内充满折射率较大的透明介质，光的波长会变为 所以，波长减小。由公式可知，波长减小会导致条纹间距减小，即干涉条纹变密集，故D正确。 故选ACD。 六、练习与应用 (2)如图，实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行（　　） A．仅旋转双缝 B．仅旋转单缝 C．仅前后移动凸透镜 D．仅旋转测量头 六、练习与应用 【答案】 (2)D 【详解】 （2）实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可。 故选D。 六、练习与应用 (3)实验中已知双缝间的距离d＝0.4mm，双缝到光屏的距离L＝1.6m，某种单色光照射双缝时，用测量头测量条纹间的宽度：先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为2.332mm；然后同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示为__________mm，则这种单色光的波长为_____m（最后一空结果保留两位有效数字）。 六、练习与应用 【答案】 (3) 15.325/15.324/15.323/15.326/15.327 【详解】 （3）螺旋测微器的精确值为0.01 mm，由图乙可知此时手轮上的示数为 相邻条纹间距为 根据双缝干涉条纹间距公式为 解得 六、练习与应用 (4)上述实验中，若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片，则相邻亮条纹中心间距__________（选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】(4)减小 【详解】 （4）若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片，则波长λ减小，由得，相邻亮条纹中心间距减小。 谢谢观看！ Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $