人教版2019选择性必修第一册 4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长(共29张PPT)

(共29张PPT)
§4.4 用双缝干涉测量光的波长
选修性必修一
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
透镜
如图所示的双缝实验中，屏离开挡板越远，条纹间的距离越大，另一方面，实验所用光波的波长越大，条纹间的距离也越大，这是为什么？
r2-r1=dsinθ
当两列波的路程差为波长的整数倍，即
（k=0，1，2…)时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
一、实验原理
相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为
由公式 可知，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 计算出入射光波长的大小。
一、实验原理
单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距△x、双缝间距d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ满足：
一、实验原理
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．
二、实验器材
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
单缝
测量头
三、实验步骤
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
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：
15
20
5
10
0
20
25
15
第1条时读数
第4条时读数
15
20
5
10
0
30
35
40
45
螺旋测微器的读数
Δx
Δx
Δx
Δx
Δx
Δx
红光
中间亮纹
第一条暗纹
第一条暗纹
第二条暗纹
第三条暗纹
第二条暗纹
第三条暗纹
第二条亮纹
第一条亮纹
第二条亮纹
第一条亮纹
第1条
第7条
三、实验步骤
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。
7.观察与记录
（1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹.
（2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
（3）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则
相邻两条纹间的距离
（4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长.
三、实验步骤
红光的条纹间距最大，紫光的最小。
1．红光的波长最长，紫光的波长最短
2．波长越长，频率越小，波长越短，频率越大
3．光的颜色由频率决定
四、注意事项
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．
五、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．
典例分析 —— 实验仪器的选择与使用
例1、用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件:
A.白炽灯 B.单缝片 C.光屏
D.双缝 E.滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)
(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是:A________(A已写好).
(2)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有________大于___________.
EBDC
a
b
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
透镜
△x= λ
λ红＞λ绿
典例分析 —— 实验过程和数据处理
例2、在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如下图所示。双缝间的距离d=3 mm.
红
双缝到屏的距离L
n条亮(或暗)条纹的距离a
(1)若测定红光的波长，应选用___色的滤光片.实验时需要测定的物理量有：_________________________和________________________________.
典例分析 —— 实验过程和数据处理
例2、在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如下图所示。双缝间的距离d=3 mm.
(2)若测得双缝与屏之间距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似,手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如下图(a)所示，观察第5条亮纹的位置如下图(b)所示.则可求出红光的波长λ=__________m.(保留一位有效数字)
示数为0
0.650mm
7×10-7
例3. 某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间距为d，双缝到屏的距离为L， 将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所示，此时的示数x1= mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第n亮条纹的中心对齐，测出第n亮条纹示数为x2。由以上数据可求得该光
的波长表达式λ= （用给出的字母符号表示）。
0.776
0
25
30
20
35
mm
典例分析 —— 实验过程和数据处理
例4．在杨氏双缝干涉实验中，如果（ ）
A.用白光作为光源， 屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源， 屏上将呈现红黑相间的条纹
C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
D.用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹
BD
解析：白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；
红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对。
典例分析 —— 实验过程和数据处理
例5.在“用双缝干涉测光的波长” 的实验中，装置如图，双缝间的距离d=3mm
（1）若测定红光的波长，应选用 色的滤光片，实验时需要测定的物理量有： 和 。
红
双缝到屏的距离L
n条条纹间距a
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
典例分析 —— 实验过程和数据处理
（2）若测得双缝与屏之间距离0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第1条亮纹的位置如图（a）所示，观察第5条亮纹的位置如图（b）所示，则可求出红光的波长= m.（保留一位有效数字）
0
10
15
20
0
40
0
10
1 2 3 4 5
图（a）
图（b）
7×10-7
典例分析 —— 实验过程和数据处理
由读数得
则
由公式
解：（2）
典例分析 —— 实验过程和数据处理
实验探究
1．某同学在《用双缝干涉测光的波长》的实验中，实验装置如图所示。使用的双缝的间距为0.025cm。实验时，屏与双缝之间距离需要测量，已知入射光的波长λ为500nm。则：
（1）先调节______和_______的中心位于遮光筒的中心轴线上，并使_________和_______竖直且互相平行。
（2）当屏上出现了干涉图样后，通过测量头观察第一条亮纹的位置如图
（a）所示，第五条亮纹位置如图（b）所示，测出双缝与屏的距离为 mm 。
光源
双缝
单缝
双缝
594
课堂检测
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
1.128mm
5.880mm
课堂检测
2、在《用双缝干涉测光的波长》的实验中，装置如图，双缝间的距离d=3mm
（1）若测定红光的波长，应选用 色的滤光片，实验时需要测定的物理量有：
和 。
红
双缝到屏的距离L
n条条纹间距a
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
（2）若测得双缝与屏之间距离0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第1条亮纹的位置如图甲所示，观察第5条亮纹的位置如图乙所示，则可求出红光的波长= m.（保留一位有效数字）
0
10
15
20
0
40
0
10
1 2345
甲
乙
7×10-7