鲁科版(2019)新教材高中物理选择性必修1 5.2 科学测量：用双缝干涉实验测光的波长课件(共15张PPT)

(共15张PPT)
用双缝干涉测量光的波长
用什么办法可以精确测量光的波长？
可见光的波长在380～780纳米之间，即 0.38 ～ 0.78μm
一张A4打印纸的厚度大约是0.104mm。
1m=1000 mm，1mm=1000 μ m ，1 μ m=1000 nm
可见光的波长约为一张打印纸厚度的
红橙黄绿蓝靛紫七种颜色的可见光，从红到紫，光的波长依此变短。
红光波长最长，紫光波长最短。
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验目的：
⑴了解光产生稳定干涉现象的条件，观察光的干涉图样。
⑵掌握利用双缝干涉条纹宽度公式= 测定单色光波长的方法。
实验原理：
根据双缝干涉条纹宽度公式= ，当双缝间距离d、双缝到光屏的距离l和光波的波长λ都一定时，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是定值；当d和l一定时，λ越大，条纹的宽度就越大。因此，我们可以根据λ的大小来计算的宽度，也可以反过来通过测量的宽度得出光波的波长λ。
条纹宽度公式的推导过程。
杨氏双缝干涉实验现象
条纹宽度Δx
条纹宽度Δx
定义条纹宽度Δx：明条纹中心到相邻明条纹中心的距离。
实验现象：在光屏上形成一组平行的等间距的明、暗相间的干涉条纹。干涉条纹和双缝平行、上下对称、均匀分布。
条纹宽度和光波长之间有什么定量关系？
双缝干涉条纹宽度公式
条纹宽度Δx
O
双缝间距d
如图：连接S2P和S1P
第1级亮条纹中心点P到两波源的波程差
双缝与光屏间距l
过点P做PM垂直于S2S1于点M
S1P2 =l2+()2 以及 S2P2=l2+()2
S2P2 S1P2 = (S2P S1P) (S2P S1P)
= 得=
第1级明条纹
=
M
l 远大于d
中央明条纹
Δr=S2P S1P =
S2P S1P
S2P2 S1P2 =l2+()2
P
=
= = =
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
掌握利用双缝干涉条纹宽度公式= ，利用实验测定单色光波长的方法。
实验目的：
实验原理：
当两缝间距离d、两缝到光屏的距离l和光波的波长λ都一定时，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是定值；当d和l一定时，λ越大，条纹的宽度就越大。因此，我们可以根据λ的大小来计算的宽度，也可以反过来通过测量的宽度得出光波的波长λ。
双缝干涉仪(包括_______、光源、______、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测微目镜等)，学生电源，导线。
实验器材：
光具座
滤光片
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验器材实物及简略图：
测量头由分划板、目镜、手轮构成。转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离。测出n个亮条纹间的距离a，就可以求出相邻两个亮条纹间的距离。
特别说明：该实验可以撤去单缝，直接用激光做光源照射双缝来测单色激光的波长；但是如果要测量不同频率，不同颜色光的波长就得用图中的装置和方法。
测微目镜
测微目镜视野内的分划板中心刻线应与条纹中心对齐
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
测微目镜
测微目镜视野内的分划板中心刻线应与条纹中心对齐
测量头由分划板、目镜、手轮构成。转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离。测出n个亮条纹间的距离a，就可以求出相邻两个亮条纹间的距离。
中
央
明
条
纹
第
1
暗
条
纹
第
1
明
条
纹
第
2
暗
条
纹
第
2
明
条
纹
第
3
暗
条
纹
第
3
明
条
纹
第
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暗
条
纹
第
4
明
条
纹
第
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暗
条
纹
第
5
明
条
纹
第
6
暗
条
纹
第
1
暗
条
纹
第
1
明
条
纹
第
2
暗
条
纹
第
2
明
条
纹
第
3
暗
条
纹
第
3
明
条
纹
第
4
暗
条
纹
第
4
明
条
纹
第
6
明
条
纹
第
5
暗
条
纹
第
5
明
条
纹
第
6
暗
条
纹
例题：如图所示,试分析第1级明条纹中心到第6级明条纹中心之间的距离a和条纹间距之间的关系。
间距a
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验器材实物及简略图：
把复色光过滤变成频率一定的单色光
得到一个线光源。任何时刻由光源发出并通过狭缝S的光都会同时投射到S1和S2上。
用双缝产生两个频率相同、相差不变的相干光
双缝干涉图像显示在毛玻璃屏上
防止外界光干扰，使现象更明显
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验步骤：
1．如图所示，将直径约10 cm、长约1 m的遮光筒平放在光具座上，筒的一端有双缝，另一端装上毛玻璃做光屏。先取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的一束光恰沿遮光筒的轴线照亮光屏，然后放好单缝和双缝，两处相距5～10 cm，使单双缝互相平行，且位于轴线上，这时可看到彩色干涉条纹。若在单缝屏和光源之间放置一块滤光片，则可观察到单色干涉条纹。
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验步骤：
2．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，记下手轮的示数；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，记下此时手轮的示数和移过分划板中心刻度线的条纹数n。
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验步骤：
1．如图所示，将直径约10 cm、长约1 m的遮光筒平放在光具座上，筒的一端有双缝，另一端装上毛玻璃做光屏。先取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的一束光恰沿遮光筒的轴线照亮光屏，然后放好单缝和双缝，两处相距5～10 cm，使缝互相平行，且位于轴线上，这时可看到彩色干涉条纹。若在单缝屏和光源之间放置一块滤光片，则可观察到单色干涉条纹。
2．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，记下手轮的示数；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，记下此时手轮的示数和移过分划板中心刻度线的条纹数n。
3．将两次手轮的示数相减，求出n条亮纹间的距离a ＝ ，利用公式＝，算出条纹间距，然后利用公式λ＝ 求出此单色光的波长λ(d、l的值仪器中大都已给出)。
4．换用另一滤光片，重复步骤2、3。
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验注意事项：
1．实验时应使光源、单缝、双缝和毛玻璃屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行。若不共轴或单缝与双缝不平行，则会引起干涉条纹亮度小、不清晰，不便于观察和测量。
2．分划板上的刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差。
3．双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则会影响测量结果。
4．双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应根据仪器实际读数。
5．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
6．光波的波长很小（380～780纳米即 0.38 ～ 0.78μm）， 、l的测量对波长λ的影响很大。l用毫米刻度尺测量，并且要多次测量取平均值。 利用测量头测量，可利用“积累法”测n条亮纹间距，再求出＝，并且采用多次测量求λ的平均值的方法来进一步减小误差。
用杨氏双缝干涉实验测光的波长
实验注意事项：
1．实验时应使光源、单缝、双缝和毛玻璃屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行。若不共轴或单缝与双缝不平行，则会引起干涉条纹亮度小、不清晰，不便于观察和测量。
2．分划板上的刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差。
3．双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则会影响测量结果。
4．双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应根据仪器实际读数。
5．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
6．光波的波长很小（380～780纳米即 0.38 ～ 0.78μm）， 、l的测量对波长λ的影响很大。l用毫米刻度尺测量，并且要多次测量取平均值。 利用测量头测量，可利用“累积法”测n条亮纹间距，再求出＝，并且采用多次测量求λ的平均值的方法来进一步减小误差。
课堂精典示例：
[例1] (1)如图所示，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。对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取______________________________或____________________的方法。
(2)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹中心，读出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条亮纹中心，读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是________mm。
(3)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏
之间的距离是900 mm，待测光的波长_____________m。
(取三位有效数字)
滤光片
单缝
双缝
增加双缝到光屏间的距离l
减小双缝间距离d
1.610
5.37×10－7
=
=
=
=14.5
=