(共27张PPT)
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
第四章 光
4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长
授课人：扬帆起航
CONTENTS
01
实验原理
02
实验器材
03
实验步骤
04
典型例题
目录
实验误差
05
01
实 验 原 理
光
实验目的、原理
一、实验目的
(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件；
(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样；
(2)掌握测定单色光的波长的方法。
二、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
02
实 验 器 材
光
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
实验器材
03
实 验 步 骤
光
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；
实验步骤
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
透镜
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
第1条
第7条
15
20
5
10
0
20
25
15
第1条时读数
第7条时读数
15
20
5
10
0
30
35
40
45
螺旋测微器的读数
04
注 意 事 项
光
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．
注意事项
05
误 差 分 析
光
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．
误差分析
06
典 型 例 题
光
典例分析1 — 实验仪器的选择与使用
例题1.在用双缝干涉测量光的波长实验中(实验装置如图):
(1)下列说法错误的是 。(填选项前的字母)
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距
(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm。
解析 (1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距
,选项C正确。故选A。
(2)主尺读数是1.5 mm,螺旋读数是47.0×0.01 mm,因此示数为1.970 mm。
答案 (1)A (2)1.970
典例分析1 — 实验仪器的选择与使用
典例分析2 — 实验过程和数据处理
例题2.在用双缝干涉测量光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图所示),单缝保持竖直方向,并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为l。
(1)组装仪器时,单缝和双缝的空间关系应该为 。
A.a代表单缝,b代表双缝
B.a代表双缝,b代表单缝
C.二者相互垂直放置
D.二者相互平行放置
(2)将红色滤光片改为绿色滤光片,其他实验条件不变,在目镜中仍可看见清晰的条纹,则 。
A.条纹为竖条纹
B.条纹为横条纹
C.与红光相比条纹间距变窄
D.与红光相比条纹间距变宽
(3)经计算可得两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为Δx,则这种光的波长为λ= (用题中所给字母表示)。
典例分析2 — 实验过程和数据处理
解析 (1)双缝的光来自单缝,因此单缝距离光源更近,A正确,B错误;双缝与单缝应该平行放置,C错误,D正确。
(2)由于单缝保持竖直,条纹的方向与单缝平行,所以条纹竖直,A正确,B错误;由于绿光的波长比红光的短,所以干涉条纹间距比红光的窄,C正确,D错误。
(3)根据两个相邻的亮条纹(或暗条纹)间距为Δx= λ,可得波长表达式
λ= Δx。
答案 (1)AD (2)AC (3) Δx
典例分析2 — 实验过程和数据处理
典例分析2 — 实验过程和数据处理
例题3.在用双缝干涉测量光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),并选用缝间距d=0.20 mm 的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离l=700 mm。然后,接通电源使光源正常工作。
典例分析2 — 实验过程和数据处理
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各暗条纹的编号,此时图乙(b)中游标尺上的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数x2= mm。
乙
丙
(2)利用上述测量结果,经计算可得两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离
Δx= mm;这种色光的波长λ= nm。
答案 (1)15.02 (2)2.31 6.6×102
典例分析2 — 实验过程和数据处理
典例分析2 — 实验过程和数据处理
例题4. 如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图。
(1)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹,读出手轮的读数如图乙所示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第8条亮条纹,读出手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距是 mm(结果保留三位有效数字)。
(2)如果已经量得双缝的间距是0.3 mm,双缝和光屏之间的距离是900 mm,则待测光的波长是 m(结果保留三位有效数字)。
典例分析2 — 实验过程和数据处理
解析 (1)题图乙中手轮的固定刻度读数为0 mm,可动刻度读数为
0.01×4.5 mm=0.045 mm
所以最终读数x1=0.045 mm。
题图丙中手轮的固定刻度读数为14.5 mm,可动刻度读数为
0.01×3.5 mm=0.035 mm,则x2=14.535 mm。
相邻两亮条纹的间距
答案 (1)2.07 (2)6.90×10-7
思维导图
