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 课件(共35张PPT)

(共35张PPT)
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
目镜
单缝
透镜
4.4实验：用双缝干涉测量光的波长
[学习目标要求]
1.掌握用双缝干涉测量光的波长的原理和方法。
2.观察不同单色光的双缝干涉图样。
3.掌握螺旋测微器和游标卡尺的读数方法。
4.4实验：用双缝干涉测量光的波长
学习目标
观察双缝干涉图样，加深对干涉图样的认识和理解。
01
02
03
了解“双缝干涉测量光的波长”的实验原理和实验器材，进一步理解影响干涉条纹间距的因素。
通过实验，学会用光的干涉测定单色光的波长。
复习与回顾：
新课讲授
M
1.干涉条件：
n=0、1、2、3……
明纹：
暗纹：
n=0、1、2、3……
频率相同、振动情况相同的光
2.明暗条件
3.条纹间距：
如何用双缝干涉测量光的波长？
一、实验思路是什么？
二、需要测量哪些物理量？
三、要用到哪些实验器材？
四、如何进行实验？
五、如何设计表格记录数据和进行数据分析
六、本实验有哪些注意事项？
请阅读本节实验课本101-102页和实验手册59-62页部分，思考、讨论与展示以下问题：
一、实验思路
1.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：
4.4实验：用双缝干涉测量光的波长
二、物理量的测量
新课讲授
1.l 的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。
滤光片
l
二、物理量的测量
新课讲授
2. x的测量：相邻两条亮条纹间的距离 x需用测量头测量。
两种测量头都由分划板、目镜、手轮等构成。
二、物理量的测量
新课讲授
2. x的测量：相邻两条亮条纹间的距离 x需用测量头测量。
a为n条亮条纹的间距
透镜作用：将点光源变成平行光
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
目镜
单缝
透镜
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．
拨杆
三、实验器材
单缝
双缝
三、实验器材
遮光筒
毛玻璃屏
三、实验器材
1.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.共轴：打开光源，在 单双缝时，调节光源各元件高度，使它发出的光沿
遮光筒 照亮屏(中心在 高度);
3.装缝：装好单缝和双缝(缝沿 方向)
①调节单、双缝，使缝 ，这时在屏上会看到 光的干涉图样；
②单、双缝距离适当 cm
4.放滤光片：在 放红色滤光片，观察单色光的干涉条纹。
滤光片
不放
轴线
同一
竖直
平行
白
5-10
单缝和光源间
四、实验步骤
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 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= ，则相邻亮纹间距为：
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
四、实验步骤
中心
x2-x1
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、换用不同的滤光片，重复实验，测量其他色光的波长，并记录数据.
红光的条纹间距最 ，紫光的最 。
① 光的波长最长， 光的波长最短
②波长越长频率越 ，波长越短频率越 。
③光的颜色由 决定
大
小
红
紫
小
大
频率
五、数据分析
1.数据采集：
双缝干涉（红光） d l x1 x2 a λ
d1= l1
l1
l2
d2= l1
l1
l2
a=x2-x1
五、数据分析
1.数据采集：
双缝干涉（蓝光） d l x1 x2 a λ
d1= l1
l1
l2
d2= l1
l1
l2
五、数据分析
新课讲授
2.误差分析：
(1)l 的测量误差:
本实验中双缝到光屏的距离较长,l的测量误差不太大,但也应选用 刻度尺测量.并用 办法减小实验误差.
(2)测量条纹间距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时读数不准确.
滤光片
毫米
多次测量求出平均值的
①安装仪器的顺序： 。
②双缝与单缝相互 ，且 放置，间距大约 cm
③光源、滤光片、单缝、双缝的 均在遮光筒的 上
④若出现在光屏上的光很弱（无条纹），灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒由于 所致
⑤若干涉条纹不清晰，一般与 有关
六.注意事项
滤光片
光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏
平行
竖直
5～10
中心
中心轴线
不共轴
单缝和双缝是否平行
课堂小结
操作：调共轴、平行
观察：干涉图样
测量
测光波长原理
双缝到屏距离：l
条纹间距：
双缝宽度：d（已知）
光的波长
例1.某实验小组利用图1装置测量某种单色光的波长，实验时，接通电源使光源正常发光，调节器材，在目镜中可以观测到干涉图样。
（1）如图1所示，实验所需器材在光具座上依次排列，则A、B处分别是______、______。（填“单缝”、“双缝”）
（2）在目镜中看到的干涉图样是图2中______（填“甲”或“乙”）。
（3）移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第2条亮纹的中心，记下此时手轮上读数x1；转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第6条亮纹的中心，此时手轮上的读数为x2，如图3所示，则读数x2= mm；已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d，则单色光的波长λ= 。（用题目中给出的字母表示）
单缝
双缝
甲
1.700
例2　用双缝干涉测量光的波长实验装置如图甲所示，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上。
（1）某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图乙所示。若要使两者对齐，该同学应如何调节____________。
A．仅左右转动透镜　　B．仅旋转单缝 C．仅旋转双缝　　 D．仅旋转测量头
D
实验中观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，可行的操作是（　　）
A．仅转动透镜 B．仅转动测量头
C．仅调节拨杆使单缝与双缝平行 D．仅增大单缝与双缝间的距离
C
转动透镜，不会改变透镜的焦距，也不会改变光线传播路线，故不能使条纹变得清晰
测量头是测量条纹间距的装置，对光路没影响，故转动测量头不能使条纹变得清晰
要使条纹变得清晰，得调节拨杆使单缝与双缝平行
例2.用双缝干涉测量光的波长实验装置如图甲所示，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上。
（2）该同学正确操作后，在目镜中看到如图丙a所示的干涉条纹，A条纹中心线对应的测量头标尺如图丙b所示，其读数是_________ ___mm；B条纹中心线对应的测量头标尺读数为13.460mm，则相邻两亮条纹的间距是____________mm（结果保留四位有效数字）。
（3）已知上述装置中双缝的间距是0.30mm、双缝和光屏之间的距离是900mm，则单色光的波长为____________m（结果保留三位有效数字）。
2.189-2.190
1.610
5.37×107
【答案】 D 2.189-2.190 1.610 5.37×107
【详解】（1）若要使两者对齐，应该旋转测量头，分划板竖线随之旋转，可使分划板竖线与亮条纹对齐，D正确，ABC错误。故选D。（2）测量头标尺读数是固定刻度读数（0.5mm的整数倍）加可动刻度（0.5mm以下的小数）读数，图中读数为 ，A条纹与B条纹间有七段间隙，故相邻两亮条纹的间距
，（3）由 可得，改光的波长为
例3.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中。
(1)在观察红光的干涉图样时,现有光屏A、双缝B、白光光源C、滤光片D、单缝E等光学元件,将白光光源C放在光具座最右端,依次放置其他光学元件,由右至左,表示各光学元件的字母排列顺序应为:　　　 　(选填“①”或“②”)。
①C、D、E、B、A ②C、D、B、E、A
①
(2)为了使测得单色光的条纹间距增大,在其他条件不变情况下,可以　　　。(多选)
A.增大单缝与双缝间距
B.增大双缝与毛玻璃屏间距
C.更换双缝间距更小的双缝片
D.增强光源亮度
BC
例4.如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用双缝间距为d的双缝。从仪器注明的规格可知,屏与双缝间的距离为l。然后,接通电源使光源正常工作。
(1)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,最终波长测量值　　 　.
(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
解析:(1)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,干涉条纹的间距的测量值偏大,所以最终波长测量值大于实际值。
大于
例4.如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用双缝间距为d的双缝。从仪器注明的规格可知,屏与双缝间的距离为l。然后,接通电源使光源正常工作。
(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可　　　　。
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.使用间距更小的双缝
D.转动手轮
B
例4.如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用双缝间距为d的双缝。从仪器注明的规格可知,屏与双缝间的距离为l。然后,接通电源使光源正常工作。
(3)若实验中在屏上得到的干涉图样如图丙所示,分划板中心刻线在图中A、B位置时,游标尺的读数分别为x1、x2,则入射的单色光波长的计算表达式为λ=　　　　。
例4.某同学利用如图甲所示的装置来测量某种单色光的波长。接通电源,规范操作后,在目镜中观察到清晰的干涉条纹。
(4)只将单色红光源换成单色蓝光源,从目镜中观察到的条纹数量会　　 　.
(选填“增加”“减少”或“不变”)。
增加
解析:(4)红光换成蓝光后,波长变小,则条纹间距变小,条纹数量增加。
1．利用如图所示的实验装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，正确的有（　　）
A．实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝
B．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变窄
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D．测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大
A
课堂练习
B
课堂练习
2．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中（实验装置如图），下列正确的是（ ）
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．测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C．为了减小测量误差，可用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距
D．某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方法是改用蓝光作为入射光
3．用双缝干涉测量光的波长实验装置如图所示，得到不同色光、不同双缝的干涉条纹，如图甲、乙、丙所示。甲、乙为不同单色光通过相同双缝产生的条纹，乙、丙为同种单色光通过不同双缝产生的条纹，则（　　）
A．若单缝和双缝不平行，毛玻璃上没有干涉条纹
B．在遮光筒中没有干涉现象发生
C．甲图单色光波长小于乙图单色光波长
D．乙图双缝间距小于丙图双缝间距
C
滤光片
条纹不清晰
课堂练习
4．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将所用器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。实验时调节测量头，使分划板中心刻线与一条亮条纹中心对齐，记录为第一条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心线对准第六条亮条纹的中心，记下此时图丙中手轮的示数，已知双缝间距d为1.5×10-4m，双缝到屏的距离L为0.800m，下列说法正确的是（　　）
CD
课堂练习
A．用两束单色光A、B分别做干涉实验，若A光的条纹间距比B光的大，则A光折射率更大，在水中的传播速度更大
B．减小实验中的双缝间距，目镜中的条纹数会增加
C．图丁中的亮条纹间距表示正确
D．该单色光的波长约为430nm
课堂练习