4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长课件 (共23张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长课件 (共23张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 26.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-10-31 20:20:36 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
实验：用双缝干涉测量光的波长
用三棱镜我们可以把太阳光分成连续分布的七种色光，因此我们知道了白光是由七种不同的颜色的单色光混合而成的，如果想要测量这七种色光的波长，我们应该采用什么方法？
用不同的单色光进行双缝干涉实验，得到的是明暗相间的等间距的条纹，相邻亮(暗)条纹距离表达式为Δx＝λ。例如：红光的波长大于紫光的波长，同一实验装置得到的干涉图样中红光的条纹间距更大.
红光干涉条纹
紫光干涉条纹
一、实验思路
1.实验原理
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，由公式Δx＝___可知，只要再测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝_____计算出入射光波长的大小。
测量头通常有两种(如图所示)，但都由分划板、目镜、手轮等构成。
2.物理量的测量
(1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。
(2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离需用测量头测出。
二、实验器材
如图所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、目镜。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。
单缝
双缝
毛玻璃屏
测量头
游标卡尺(或螺旋测微器)
目镜
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
单缝
测量头
透镜
装置实物图
三、实验步骤
1.将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
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的轴线到达光屏。
通过透镜的汇聚作用，使经过单缝的光更集中。
4.安装双缝和单缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的双缝干涉图样。
5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样。
6.测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx。
7.分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。
光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上
避免照在毛玻璃上的光很弱
直接测量相邻两亮条纹之间的距离误差较大，为了减小误差，我们一般测量n个亮条纹间的距离
四、数据分析
1.安装 ，调节至可清晰观察到干涉条纹.
2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，则相
邻两亮条纹间距Δx＝_______。
测量头
3.用 测量双缝到屏间的距离l(d是已知的).
4.重复测量、计算，求出波长的平均值.
刻度尺
五、误差分析
1.误差来源
由于光波的波长很小，双缝到光屏的距离l和条纹间Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本实验误差的主要来源。
2.减少误差的方法
(1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。
(2)Δx的测量：使用测量头测量，测出n条亮条纹间的距离a，则Δx＝ ，同样可以多测几次求平均值，进一步减小实验误差。
六、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。
2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。
3.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm。
4.常见问题的成因：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。
5.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮条纹的中心。
6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。
七、创新方案：用光传感器做双缝干涉的实验
1.实验装置
光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。
2.光传感器是一个小盒，在图中为白色狭长矩形部分，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示屏上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，从而算出光的波长。
3.这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便、形象地在显示屏上展示亮条纹的分布，并能定量地描绘传感器上各点的光照强度。
导练
1.(多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列几种说法正确的是
A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变小
B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变大
C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变大
D.换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变小
√
√
√
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Δx＝
D.若取下滤光片，屏上将出现彩色的干涉条纹
2.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图)，下列说法正确的是
√
√
√
3.(2023·湖南岳阳市高二期末)如图甲，在进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按照要求安装在光具座上。然后接通电源使光源正常发光，在目镜中可以观察到清晰的干涉条纹。
(1)该小组同学在目镜中观察到的干涉图样为___(填“A”或“B”)。
A
(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示，双缝间距d＝______mm。
2.05
(3)图丙为实验得到的干涉条纹，用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx，已知双缝到光屏的距离为l，则所测单色光波长的计算式
为λ＝_____(用题中所给的字母表示)。
4.1801年，托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。在托马斯·杨的双缝干涉实验中，利用双缝干涉可以测量光波的波长。某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，该同学所使用的装置如图所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、屏。
(1)M、N、P三个光学元件依次为______。
A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝
C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝
A
(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐，如图所示，下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是____。
A.仅转动双缝
B.仅转动手轮
C.仅转动测量头
C
(3)通过调整，该同学从目镜中看到如图甲所示的图像，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数x1＝1.002 mm，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图乙所示，x2＝______mm。
(4)若已知双缝间距d＝2.0×10－4 m，双缝到屏的距离l＝1.0 m，则待测光的波长为_____nm(结果保留三位有效数字)。
9.762
438
二、实验器材
一、实验思路
实验：用双缝干涉测量光的波长
实验原理
三、实验步骤
光具座、光源、滤光片、透镜、 单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头．
实验装置的组装，并做好观察记录
物理量的测量
四、数据分析
数据获取与处理
五、误差分析
误差来源及减小误差的方法
六、注意事项
Δx＝ λ
实验：用双缝干涉测量光的波长
用三棱镜我们可以把太阳光分成连续分布的七种色光，因此我们知道了白光是由七种不同的颜色的单色光混合而成的，如果想要测量这七种色光的波长，我们应该采用什么方法？
用不同的单色光进行双缝干涉实验，得到的是明暗相间的等间距的条纹，相邻亮(暗)条纹距离表达式为Δx＝λ。例如：红光的波长大于紫光的波长，同一实验装置得到的干涉图样中红光的条纹间距更大.
红光干涉条纹
紫光干涉条纹
一、实验思路
1.实验原理
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，由公式Δx＝___可知，只要再测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝_____计算出入射光波长的大小。
测量头通常有两种(如图所示)，但都由分划板、目镜、手轮等构成。
2.物理量的测量
(1)l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。
(2)Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离需用测量头测出。
二、实验器材
如图所示为双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、目镜。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。
单缝
双缝
毛玻璃屏
测量头
游标卡尺(或螺旋测微器)
目镜
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
单缝
测量头
透镜
装置实物图
三、实验步骤
1.将光源、透镜、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
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的轴线到达光屏。
通过透镜的汇聚作用，使经过单缝的光更集中。
4.安装双缝和单缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的双缝干涉图样。
5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样。
6.测量双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx。
7.分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。
光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上
避免照在毛玻璃上的光很弱
直接测量相邻两亮条纹之间的距离误差较大，为了减小误差，我们一般测量n个亮条纹间的距离
四、数据分析
1.安装 ，调节至可清晰观察到干涉条纹.
2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，则相
邻两亮条纹间距Δx＝_______。
测量头
3.用 测量双缝到屏间的距离l(d是已知的).
4.重复测量、计算，求出波长的平均值.
刻度尺
五、误差分析
1.误差来源
由于光波的波长很小，双缝到光屏的距离l和条纹间Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本实验误差的主要来源。
2.减少误差的方法
(1)l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。
(2)Δx的测量：使用测量头测量，测出n条亮条纹间的距离a，则Δx＝ ，同样可以多测几次求平均值，进一步减小实验误差。
六、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。
2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。
3.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm。
4.常见问题的成因：照在像屏上的光很弱主要是由于灯丝与单缝、双缝、遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。
5.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮条纹的中心。
6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。
七、创新方案：用光传感器做双缝干涉的实验
1.实验装置
光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。
2.光传感器是一个小盒，在图中为白色狭长矩形部分，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示屏上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，从而算出光的波长。
3.这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便、形象地在显示屏上展示亮条纹的分布，并能定量地描绘传感器上各点的光照强度。
导练
1.(多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列几种说法正确的是
A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变小
B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变大
C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变大
D.换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变小
√
√
√
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Δx＝
D.若取下滤光片，屏上将出现彩色的干涉条纹
2.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(实验装置如图)，下列说法正确的是
√
√
√
3.(2023·湖南岳阳市高二期末)如图甲，在进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按照要求安装在光具座上。然后接通电源使光源正常发光，在目镜中可以观察到清晰的干涉条纹。
(1)该小组同学在目镜中观察到的干涉图样为___(填“A”或“B”)。
A
(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示，双缝间距d＝______mm。
2.05
(3)图丙为实验得到的干涉条纹，用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx，已知双缝到光屏的距离为l，则所测单色光波长的计算式
为λ＝_____(用题中所给的字母表示)。
4.1801年，托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。在托马斯·杨的双缝干涉实验中，利用双缝干涉可以测量光波的波长。某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长，该同学所使用的装置如图所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、屏。
(1)M、N、P三个光学元件依次为______。
A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝
C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝
A
(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐，如图所示，下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是____。
A.仅转动双缝
B.仅转动手轮
C.仅转动测量头
C
(3)通过调整，该同学从目镜中看到如图甲所示的图像，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数x1＝1.002 mm，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图乙所示，x2＝______mm。
(4)若已知双缝间距d＝2.0×10－4 m，双缝到屏的距离l＝1.0 m，则待测光的波长为_____nm(结果保留三位有效数字)。
9.762
438
二、实验器材
一、实验思路
实验：用双缝干涉测量光的波长
实验原理
三、实验步骤
光具座、光源、滤光片、透镜、 单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头．
实验装置的组装，并做好观察记录
物理量的测量
四、数据分析
数据获取与处理
五、误差分析
误差来源及减小误差的方法
六、注意事项
Δx＝ λ