4.5 用双缝干涉实验测定光的波长 课件(共31张PPT)

(共31张PPT)
第四章 光及其应用
粤教版 选择性必修一
用双缝干涉实验
测定光的波长
第五节
知识回顾
光源
双缝
屏
S1
S2
振动加强的地方出现亮条纹
光的双缝干涉
单缝
获得一个线光源 (若是激光，可不用单缝)
将同一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．
形成亮纹的条件：
振动减弱的地方出现暗条纹
形成暗纹的条件：
（k ＝±1, ± 2…）
（k ＝±1, ± 2…）
知识回顾
双缝
屏
激光束
d：双缝间距(μm级别)
l：双缝到屏的距离(cm)
由于 d l ，运用几何知识，得
则相邻两个亮/暗条纹间距为：
由于 θ 很小(近轴) ，得
以亮纹为例：
θ
θ
r
光的双缝干涉
则亮纹到中心的距离：
x ＝ k λ
d ＝ k λ (k ＝ 0，±1，±2 …)
一、实验目的
（1）观察白光及单色光的双缝干涉图样
（2）用双缝干涉图样测定单色光的波长
实验目的
二、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：
条纹间距
x
a
a2
a1
测量 x时，要测量n个亮纹(或暗纹)中心间的距离a，此时间距数为n-1
三、实验仪器
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．
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
单缝
测量头
凸透镜
三、实验仪器
双缝干涉仪
单缝
双缝
毛玻璃屏
测量头
遮光筒
三、实验仪器
光具座：带有刻度尺的底座，上方安装光学元件
光源：灯泡光源（最好为线状灯丝）
透镜：使穿过单缝的光更加集中
三、实验仪器
单缝：获得线光源
双缝：获得两个相干光源
滤光片：装在单缝前，使光成为单色光
双缝干涉仪
三、实验仪器
双缝干涉仪
毛玻璃屏：在屏上观察干涉条纹
测量头：类似于游标卡尺或螺旋测微器
遮光筒： 防止外界光干扰实验
三、实验仪器
测量头：类似于游标卡尺或螺旋测微器
测量时：使分划板中心刻线对准亮条纹的中央
分划板
中心刻线
手轮
刻度
a2
a1
两个测量条纹间的距离 a=a2－a1
三、实验仪器
测量头：类似于游标卡尺或螺旋测微器
测量头分两种，一种是用游标卡尺进行测量，一种是螺旋测微器进行测量，在移动测量头的过程中，十字线始终处于观察视野中的中心位置。
知识回顾
游标卡尺读数规则：
主尺整毫米数(mm)+与主尺对齐的游标尺上第N根线×精确度(mm)
读数：
读数：
读数：
螺旋测微器读数规则：测量值（mm）=固定刻度数（mm）（注意半毫米刻度线是否露出） +可动刻度数（估读到下一位）×0.01（mm）
0
1
2
固定刻度：
每刻度为1毫米
45
0
40
可动刻度：50等分主尺上的0.5毫米，每等分为0.01毫米
半毫米刻度线
3
0
30
20
25
读数：
读数：
知识回顾
四、实验步骤
1、如图所示,将光源、透镜、遮光筒、光屏依次安放在光具座上.
2、取下双缝，打开光源，调节各器件高度，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
单缝到双缝的距离为5-10cm
四、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a1，将测量头朝右端移动，记下第 n 条亮纹中心位置a2；则第1条亮纹与第 n 条亮纹中心间距为a=a2—a1，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
四、实验步骤
四、实验步骤
注意：测量头的分划板中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。
五、观察与记录
1、白光的双缝干涉图样
2、红光干涉图样
第1条
第7条
六、数据处理
收集数据填入下表
七、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．
一、照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮;
实验中常会出现以下三种情况:
原因：灯丝与单缝、双缝，或测量头与遮光简不共轴，
解决办法：实验前先取下单缝和双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。
解决办法：通过转动遮光筒使条纹与分划板刻线平行。
原因：单缝与双缝不平行所致，
解决办法：耐心仔细地调节拨杆，使单缝和双缝平行，以达到最佳效果。
二、干涉条纹不清晰;
三、干涉条纹与分划板刻线不平行。
八、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．
【例1】现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长.
（1）将白光光源C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C，___，___，___，A。
粤教版教材课后习题第3题
（2）本实验的步骤有∶
①取下遮光筒左侧元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮.
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件中心位于遮光筒轴线上.
③用米尺测量双缝到屏的距离.
④用测微目镜（其读数方法同螺旋测微器）测量数条明纹间的距离. 在操作步骤②时，还应注意___________________________________和_______________________________________________.为了增加屏上相邻明纹（暗纹）间的距离，可采取________________________________或________________________________的方法.
双缝与单缝相互平行，且竖直放置
单缝到双缝的距离为5-10cm
调节d 使双缝间距减小一些
调节 l 使双缝到屏幕的距离增大一些
（3）将测微目镜的分划板中心刻线与某条明纹中心对齐，将该明纹定为第1条明纹，此时手轮上的示数如图（a）所示. 然后同方向转动测微目镜，使分划板中心刻线与第6条明纹中心对齐，记下此时图（b）中手轮上的示数为 mm，求得相邻明纹的间距 Δx 为 mm.
（4）已知双缝间距d为2.0×10-4m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式 ，可以求得所测红光波长为 nm.
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【例2】用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离
d＝0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l＝75.0 cm，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划板中心刻线对准如图丙所示的第1条亮条纹中心，此时游标卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，则游标卡尺上的读数x1＝________mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划板中心刻线向右边移动，直到对准第5条亮条纹中心，如图丁所示，此时游标卡尺的主尺和游标的位置如图己所示，则游标卡尺上的读数x2＝________mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是________mm。
【例3】
【例3】
课堂小结