高中物理鲁科版（2019）选择性必修一 课件 5.2 科学测量：用双缝干涉测光的波长(共27张PPT)

(共27张PPT)
5.2　科学测量：
用双缝干涉测光的波长
1.会调节各个仪器共轴，单、双缝平行.
2.能正确安装、使用测量头，会读数.
3.会用“累积法”测量明条纹间距，进而测量光的波长.
学习目标
用双缝干涉测光的波长实验
【实验目的】
1.观察白光及单色光的双缝干涉图样.
2.利用公式Δy= λ测定单色光的波长.
【实验原理】
由公式Δy= λ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Δy，即可由公式λ = Δy计算出入射光波长的大小.
【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、刻度尺等.
【实验步骤】
1.观察双缝干涉图样
(1)将光源、透镜、遮光筒、光屏依次安放在光具座上，如图所示.
(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.
(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏.
(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约为5~10 cm，这时可观察到白光的干涉条纹.
(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
2.物理量的测量
(1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.
(2)使分划板的中心刻线对齐某条明条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移到另一明条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，得出n个明条纹间的距离为a=|a2-a1|，则相邻两明条纹间距Δy=.
(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l.
(4)重复测量、计算，求出波长的平均值.
(5)换用不同颜色的滤光片，重复实验.
【数据处理】
将测得的l、d、Δy代入Δy= λ ，求出光的波长λ.重复测量、计算，求出波长的平均值.
【误差分析】
实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意l和Δx的测量.光波的波长很小，l、Δy的测量对波长的影响很大.
1.l用毫米刻度尺测量，可多次测量求平均值.
2.Δy利用测量头测量.可利用“累积法”测n条明条纹间距，再求Δy=，并且采用多次测量求Δy的平均值的方法进一步减小误差.
【注意事项】
1.双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件.
2.安装时，要保证光源、透镜、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.
3.光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近.
4.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.在用双缝干涉实验测定光的波长时(实验装置如图所示)：
(1)下列说法错误的是　　　　.(填选项前的字母)
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.测量某条干涉明条纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该明条纹的中心对齐
C.为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条明条纹间的距离a，求出相邻两条明条纹间距Δy=
(2)测量某明条纹位置时，手轮上的示数如图，
其示数为　 mm.
解析：(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝，选项A不正确.测微目镜分划板中心刻线应与明条纹中心对齐，使得移动过程测出的条纹间距较为准确，选项B正确.测微目镜移过n条明条纹，则明条纹间距Δy=，选项C正确.故选A.
(2)主尺读数是1.5 mm，螺旋读数是47.0×0.01 mm，
因此示数为1.970 mm.
答案 ： (1) A (2) 1.970
例2.在用双缝干涉实验测定光的波长时，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示)，并选用缝间距d=0.20 mm 的双缝屏.从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l=700 mm.然后，接通电源使光源正常工作.
甲
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度.某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数y1=1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数
y2=　　　 mm.
乙
丙
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δy=　　　　mm；这种色光的波长λ=　　　　nm.
解析： (1)主尺读数是15 mm，副尺读数是1.0×0.02 mm，
因此示数为15.02 mm.
(2)由题图知，Δy= mm=2.31 mm；
再由Δy=λ，可求出λ= mm=6.6×102 nm.
答案： (1) 15.02 (2) 2.31 6.6×102
1.(多选)某同学在做双缝干涉实验时，安装好实验装置，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不一致，相差较大
B.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
随堂检测
AC
2.(多选)某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功.若他在此基础上对仪器的安装有如下改动，则仍能使实验成功的是(　　)
A.将遮光筒的光屏向靠近双缝的方向移动少许，其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动
C.将单缝向双缝移动少许，其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换，其他不动
ABC
3.双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝间的距离l1=100 mm，双缝与屏的距离l2=700 mm，双缝间距d=0.25 mm.用测量头来测量明条纹中心的距离.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准明条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条明条纹的中心，记下此时手轮上的读数.
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条明条纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数y1=　　　　 mm，对准第4条时读数y2=　　　　 mm.
(2)写出计算波长λ的表达式，λ=　　(用符号表示)，λ=　　　 m.
解析：(1) y1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm，
y2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm.
(2)相邻两明条纹中心间距Δy=；
可得λ== m=6.762×10-7 m.
答案： (1) 2.190 7.870 (2) 6.762×10-7
　
4.在用双缝干涉实验测定光的波长时，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图所示)，单缝保持竖直方向，并选用缝间距为d的双缝屏.从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L.
(1)组装仪器时，单缝和双缝的空间关系应该为　　　　　.
A.a代表单缝，b代表双缝
B.a代表双缝，b代表单缝
C.二者相互垂直放置
D.二者相互平行放置
(2)将红色滤光片改为绿色滤光片，其他实验条件不变，在目镜中仍可看见清晰的条纹，则　　　　.
A.条纹为竖条纹 B.条纹为横条纹
C.与红光相比条纹间距变窄 D.与红光相比条纹间距变宽
(3)经计算可得两个相邻明条纹(或暗条纹)间的距离为Δy，则这种光的波长为λ=　　　　　(用题中所给字母表示).
解析： (1)双缝的光来自单缝，因此单缝距离光源更近，A正确，B错误；双缝与单缝应该平行放置，C错误，D正确
(2)由于单缝保持竖直，条纹的方向与单缝平行，所以条纹竖直，A正确，B错误；由于绿光的波长比红光的短，所以干涉条纹间距比红光的窄，C正确，D错误.
(3)根据两个相邻的明条纹(或暗条纹)的间距为Δy=λ
可得波长表达式λ=Δy
答案： (1) AD (2) AC (3) Δy
T
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