2021-2022人教版高中物理选择性必修一 第四章 第三节 光的干涉学案（第二课时）
文档属性
| 名称 | 2021-2022人教版高中物理选择性必修一 第四章 第三节 光的干涉学案（第二课时） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 187.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-29 12:58:40 | ||
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文档简介
实验：用双缝干涉测量光的波长
一、实验原理与方法
1．相邻明纹(暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系
相邻两亮纹或暗纹的中心距离：Δx＝λ.
在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光波长的大小．
3．条纹间距Δx的测定
如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，然后转动手轮，使分划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与另一相邻亮条纹的中心对齐，如图乙所示，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n条亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝.
二、实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺．
三、实验步骤
1．按图所示安装仪器．
2．将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上．
3．使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)．
4．加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.
5．将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝，算出条纹间距，然后利用公式λ＝Δx，求出此单色光的波长λ(d仪器中已给出，l可用米尺测出)．
6．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．
7．重复测量、计算，求出波长的平均值．
8．换用另一滤光片，重复实验．
四、误差分析
1．双缝到屏的距离l的测量误差
2．测条纹间距Δx带来的误差
五、注意事项
1．安装时，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，并使单缝、双缝平行且竖直．
2．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近．
3．实验中会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关系．
【例1】 利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙中游标卡尺的示数为________ mm.图丁游标卡尺的示数为________ mm.在实验中，所测单色光的波长为____________ m．在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹．
【知识巩固与提升】
1．(多选)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是( )
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．增大双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
2．(多选)用单色光做双缝干涉实验，在光屏上某点P，从中央O点开始计数，P点恰好为第三条亮纹，现改用波长较短的单色光照射，其他的条件不变，那么不可能的是( )
A．P处仍为第三条亮纹
B．P处可能是第四条亮纹
C．P处可能是第二条亮纹
D．若将光屏向双缝移近一些，在P处可能看到第二条亮纹
E．中央O点仍为亮纹
3.在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δl1=0.75μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δl2=1.5μm，如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝，则 （ ）
A．P点出现明条纹，Q点出现暗条纹 B．Q点出现明条纹，P点出现暗条纹
C．两点均出现明条纹 D．两点均出现暗条纹
4.如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹(PS1=PS2)，在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则（ ）
A．P和P1仍为亮点 B．P为亮点，P1为暗点
C．P为暗点，P1为亮点 D．P、P1均为暗点
5.双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹．关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（ ）
A．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰
B．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变大
C．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小
D．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离不变
6．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差μm；若分别用频率为Hz和Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是（ ）
① 用频率为的单色光照射时，出现明条纹
② 用频率为的单色光照射时，出现暗条纹
③ 用频率为的单色光照射时，出现明条纹
④ 用频率为的单色光照射时，出现暗条纹
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
一、实验原理与方法
1．相邻明纹(暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系
相邻两亮纹或暗纹的中心距离：Δx＝λ.
在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝Δx计算出入射光波长的大小．
3．条纹间距Δx的测定
如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，然后转动手轮，使分划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与另一相邻亮条纹的中心对齐，如图乙所示，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n条亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝.
二、实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺．
三、实验步骤
1．按图所示安装仪器．
2．将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上．
3．使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)．
4．加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.
5．将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝，算出条纹间距，然后利用公式λ＝Δx，求出此单色光的波长λ(d仪器中已给出，l可用米尺测出)．
6．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．
7．重复测量、计算，求出波长的平均值．
8．换用另一滤光片，重复实验．
四、误差分析
1．双缝到屏的距离l的测量误差
2．测条纹间距Δx带来的误差
五、注意事项
1．安装时，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，并使单缝、双缝平行且竖直．
2．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近．
3．实验中会出现屏上的光很弱的情况，主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹是否清晰与单缝和双缝是否平行有关系．
【例1】 利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙中游标卡尺的示数为________ mm.图丁游标卡尺的示数为________ mm.在实验中，所测单色光的波长为____________ m．在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹．
【知识巩固与提升】
1．(多选)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是( )
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．增大双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
2．(多选)用单色光做双缝干涉实验，在光屏上某点P，从中央O点开始计数，P点恰好为第三条亮纹，现改用波长较短的单色光照射，其他的条件不变，那么不可能的是( )
A．P处仍为第三条亮纹
B．P处可能是第四条亮纹
C．P处可能是第二条亮纹
D．若将光屏向双缝移近一些，在P处可能看到第二条亮纹
E．中央O点仍为亮纹
3.在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δl1=0.75μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δl2=1.5μm，如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝，则 （ ）
A．P点出现明条纹，Q点出现暗条纹 B．Q点出现明条纹，P点出现暗条纹
C．两点均出现明条纹 D．两点均出现暗条纹
4.如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹(PS1=PS2)，在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则（ ）
A．P和P1仍为亮点 B．P为亮点，P1为暗点
C．P为暗点，P1为亮点 D．P、P1均为暗点
5.双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹．关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（ ）
A．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰
B．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变大
C．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小
D．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离不变
6．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差μm；若分别用频率为Hz和Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是（ ）
① 用频率为的单色光照射时，出现明条纹
② 用频率为的单色光照射时，出现暗条纹
③ 用频率为的单色光照射时，出现明条纹
④ 用频率为的单色光照射时，出现暗条纹
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③