人教版必修三 13.4 光的干涉实验 教案

实验：用双缝干涉测光的波长 学案
班级 姓名
一、实验目的：1、观察白光及单色光的双缝干涉图样
2、测定单色光的波长
二、实验原理：。（请写出式中各物理量的物理意义）
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三、实验器材：光具座、低压电源、光源、凸透镜、不同颜色的滤光片2个、单缝片、不同间距的双缝片2个、遮光筒、测量头、目镜。
阐述以下关键器材的结构与功能：
滤光片： 单缝片： 双缝片：
测量头的主要组成部分及功能：
四、实验装置图（请在下图中标出相关装置名称）
五、实验步骤：
1、把光源、凸透镜、遮光筒安装在水平放置的光具座上，并使三者的中心线共轴。
2、在遮光筒的左端安装好双缝片，打开光源，调节光源的高度和位置，使他发出的一束光能够通过双缝片沿着遮光筒的轴线传播。
3、在遮光筒的左端安装好单缝片，在遮光筒的右端安装好测量头和目镜，通过调节拨杆，使单缝片和双缝片互相平行，直至通过目镜能观察到干涉图样。
4、观察白光的双缝干涉图样。请写出观察结果：
在单缝片和光源之间放上红色滤光片，观察红光的干涉图样。
使测量头中分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1。转动手轮，使分划板中心刻线移动，并与第n条亮条纹的中央对齐，记下手轮的读数a2。a1与a2的差即为第一条至第n条亮条纹的间距a，则相邻亮条纹间的间距是。将测量的数据记录在表中。
记下双缝间的距离d及双缝片至光屏的距离l，根据公式，计算红光波长。将数据记录在表中。
更换一个间距不同的双缝片，重复测量、计算，将数据记录在表中，并计算红光波长的平均值。
换用绿色滤光片，重复上述实验。
数据记录与处理
单色光项 目 红光 绿光
1 2 1 2
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
相邻亮条纹间距Δx/m
波长λ/m
波长的平均值λ/m
七、误差来源与实验注意事项、实验过程中碰到的问题及解决办法汇总：
1、思考本实验误差的主要来源及解决办法：
2、实验中可能碰到的问题及解决办法：
（1）通过目镜观察到一片黑暗：
（2）光屏上的光很弱：
（3）干涉条纹不清晰：
（4）通过目镜观察到干涉条纹是歪的：
（5）通过目镜观察到分划板刻线与条纹不平行：
（6）通过目镜观察到的是彩色条纹：
（7）第一次使分划板中心刻线和某条纹（记为第一条）的中心对齐，转动测量头使分划板中心刻线和第n条纹的中心对齐，则间隔的条纹数为 条
八、课后练习：
在“用双缝干涉测光的波长”实验中
1、（对实验原理的考察）判断以下说法是否正确。
（ ）（1）将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄
（ ）（2）将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
（ ）（3）将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
（ ）（4）换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
（ ）（5）去掉滤光片后，干涉现象消失
（ ）（6）灯丝与单缝和双缝必须平行放置
（ ）（7）干涉条纹与双缝平行
（ ）（8）干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关
（ ）（9）实验中光屏上出现亮条纹的条件是光从双缝到屏上的亮条纹中心处的光程差等于波长的整数倍
（ ）（10）实验中光屏上出现暗条纹的条件是光从双缝到屏上的亮条纹中心处的光程差等于波长的整数倍
（ ）（11）若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的干涉条纹消失
（ ）（12）如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二亮条纹。若用频率更高的单色光做实验，在其他条件不变时，第二亮条纹的位置应
A．仍在P处 B．在P点上方
C．在P点下方
D．将光屏向双缝移近一些才能观察到亮条纹
2、（对装置结构的考察）
（1）如图实所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏。
（2）如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是
（3）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；在操作时还应注意 和 。
3、（对实验操作过程的考察）
（ ）（1）某同学做双缝干涉实验时，按图安装好装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于
A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线相差较远
B．没有安装滤光片
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光束太强
（ ）(2)经过一系列的调试，得到了亮度较好，但不够清晰的干涉图样，为了得到更加清晰的干涉图样，下列操作符合实际的是
A．手直接握住单缝转动，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
B．手握住拨杆左右移动可调节单缝的角度，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
C．手握住拨杆左右移动可调节双缝的角度，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
D．手握住拨杆上下移动可调节单缝的角度，眼睛通过目镜看着条纹直到清晰为止
(3)他看到的干涉图样如图甲图，他想把干涉图样及分划板调为竖直方向，这时应该
。若他看到的干涉图样如图乙，这时应该
___________________________________________。经调节后使单缝与双缝相互平行且沿竖直方向，在目镜内观察到单色光的干涉条纹是________(选填图中的“A”或“B”)．
（ ）（4）下列说法正确的是
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．通过调节拨杆（图中没有画出），使单缝与双缝平行，且通过目镜能观察到千涉图样
C．为了减小测量误差，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 x=a/n
（ ）（5）在本实验中，小李同学用黄光作为入射光，发现条纹间距太小。为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有
A．改用红光作为入射光 B．改用蓝光作为入射光
C．增大双缝到屏的距离 D．更换间距更大的双缝
4、（对实验现象及数据处理的考察）
（1）若分别用红色、蓝色、紫色三种单色光做实验，得到如图所示的干涉图样，a、b、c依次分别为________、________、________的干涉图样
（2）在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20mm的双缝，双缝与屏的距离为600mm。某同学正确操作后，在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹。换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的 (填字母)，此时测量头的读数为25.70mm。沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k+5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是 mm．相邻暗条纹的中心间距为 mm，紫光的波长等于 nm。
（3）转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，读下手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，读下手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是________mm。
（4）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，如图乙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值。(填“大于”“小于”或“等于”)
5、（变式训练）
（1）小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图所示，白炽灯发出的光经过滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h，与光屏的距离为D，则条纹间距△x= 。随后小明撤去平面镜，在单缝下方A处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上 （填“能”或“不能”）观察到干涉条纹。
1、主要是测量误差，包括：
双缝到屏的间距——多次测量取平均值
相邻亮条纹间距——调整到最清晰的程度；通过测量n条亮条纹的间距a，取平均值；调节分划板刻线与干涉条纹平行；每次测量中心刻线恰好位于条纹中心；注意准确读数
2、（1）光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上；
单缝与双缝没有平行（原因偏振中再解释）
主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；未装凸透镜
单缝与双缝不平行
（4）
（5）没有装滤光片
（结合实际装置，解释具体操作方法，并要求学生记录）
甲
乙
丙