人教版 选修3-4 第十三章 第3节实验：用双缝干涉测量光的波长 学案
文档属性
| 名称 | 人教版 选修3-4 第十三章 第3节实验：用双缝干涉测量光的波长 学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 64.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-04-27 06:40:19 | ||
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文档简介
第十三章 光
3.实验：用双缝干涉测量光的波长
【学习目标】
1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；
2、观察双缝干涉图样；
3、测定单色光的波长。
【重点难点】
1.光的干涉条件的理解
2.干涉条纹间距的测量与计算
【课前预习】
1.如图所示，由几何关系可知光程差，当两束光的路程差为波长的整数倍时才会出现亮条纹，即亮条纹中心的位置为，则两个相邻亮条纹或暗条纹的中心间距是，即条纹宽度与l、d、有关。由以上分析可知：干涉条纹的宽度是指两亮条纹或两暗条纹中心线之间的距离。
2.观察光的干涉图样时要按课本图示安装好，并使光源、单缝和双缝的中点、遮光筒的轴线共线，单缝与双缝要相互平行，由双缝与屏间的距离不变的情况下，双缝的距离d越大，某一单色光的干涉条纹宽度就越窄；在条件相同的情况下，不同颜色的光的干涉条纹宽度也就不同。
3.由于双缝间距d是已知的，而双缝到屏的距离l可用米尺来测量，条纹宽度可用测量头测量，则波长，由此即可测量光的波长。
4.测量头实际上是一个螺旋测微器，测量时应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时的读数，然后使分划板的中收刻线与另一亮条纹的中心对齐，记下此时的读数，为减小实验误差可测量n个条纹宽度为a，则两条相邻亮条纹的宽度（条纹宽度）。
【预习检测】
1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏 ( http: / / www.21cnjy.com )幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
2．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）
A．相邻干涉条纹之间距离相等
B．中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍
C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
3．如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d，则（ ）
A．距O点最近的一条暗纹必是d=/2
B．对屏上某点d=n/2（n为正整数）时，出现暗纹
C．距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹
D．用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小
【参考答案】
【预习检测】
1. C
题目中给出的条件是：以白光为光源时，在屏幕 ( http: / / www.21cnjy.com )上得到了彩色的干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），那么，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错.虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。
2.A
因为双缝干涉的条纹宽Δx=，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为红＞蓝，所以Δx红＞Δx蓝，故D错.
3.A,D
当路程差d=n时出现亮条纹，路程差d=（2n＋1）/2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d=/2，所以A正确。由Δx=l/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确。
堂中互动▲
【典题探究】
例1如图所示是实验装置示意图，甲图是用绿光 ( http: / / www.21cnjy.com )进行实验的，光屏上观察到的条纹情况，a为中央明纹；乙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，则下列说法正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
解析：在同一实验装置下，l、d相同，由Δx=λ可知，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间的距离Δx与λ成正比.由题意知乙中b大于甲中a，所以乙图所用光的波长要长，而对于可见光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，波长依次变短，由此可知可能是红光而不是紫光.A选项正确.
拓展 明确条纹间距公式Δx=λ中各物理量的意义，通过实验观察和理论总结理解条纹间距与波长成正比关系，是解决本题的关键.
例2如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.
( http: / / www.21cnjy.com )
（1）图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②③④依次是、和.
（2）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（ ）
A.增大③和④之间的距离
B.增大④和⑤之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
解析：在光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头.由Δx=λ可知，相邻两条纹间距离与双缝间的距离成反比，应减小双缝之间的距离，D选项错，增大双缝到屏之间的距离，B选项正确，增大光的波长，C选项错误.
例3在用单色光做双缝干涉实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（ ）
A.第三级暗纹到两缝距离差为波长的1.5倍
B.第三级亮纹到两缝距离差为波长的1.5倍
C.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍
D.第三级亮纹到两缝距离差为波长的3倍
解析：根据出现明暗条纹的条 ( http: / / www.21cnjy.com )件：当|S2P-S1P|=nλ时，在屏上P点出现亮条纹.n=0时，在屏中央出现第零级亮纹，n=1时，在屏上出现第一级亮纹.
以此类推，|S2P′-S1P′|=(2n-1)在屏上出现暗条纹.
n=1时，在屏上出现第一级暗纹，n=2时，在屏上出现第二级暗纹.
以此类推，根据以上所述，答案应选D.
3.实验：用双缝干涉测量光的波长
【学习目标】
1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；
2、观察双缝干涉图样；
3、测定单色光的波长。
【重点难点】
1.光的干涉条件的理解
2.干涉条纹间距的测量与计算
【课前预习】
1.如图所示，由几何关系可知光程差，当两束光的路程差为波长的整数倍时才会出现亮条纹，即亮条纹中心的位置为，则两个相邻亮条纹或暗条纹的中心间距是，即条纹宽度与l、d、有关。由以上分析可知：干涉条纹的宽度是指两亮条纹或两暗条纹中心线之间的距离。
2.观察光的干涉图样时要按课本图示安装好，并使光源、单缝和双缝的中点、遮光筒的轴线共线，单缝与双缝要相互平行，由双缝与屏间的距离不变的情况下，双缝的距离d越大，某一单色光的干涉条纹宽度就越窄；在条件相同的情况下，不同颜色的光的干涉条纹宽度也就不同。
3.由于双缝间距d是已知的，而双缝到屏的距离l可用米尺来测量，条纹宽度可用测量头测量，则波长，由此即可测量光的波长。
4.测量头实际上是一个螺旋测微器，测量时应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时的读数，然后使分划板的中收刻线与另一亮条纹的中心对齐，记下此时的读数，为减小实验误差可测量n个条纹宽度为a，则两条相邻亮条纹的宽度（条纹宽度）。
【预习检测】
1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏 ( http: / / www.21cnjy.com )幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
2．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）
A．相邻干涉条纹之间距离相等
B．中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍
C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
3．如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d，则（ ）
A．距O点最近的一条暗纹必是d=/2
B．对屏上某点d=n/2（n为正整数）时，出现暗纹
C．距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹
D．用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小
【参考答案】
【预习检测】
1. C
题目中给出的条件是：以白光为光源时，在屏幕 ( http: / / www.21cnjy.com )上得到了彩色的干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），那么，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错.虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。
2.A
因为双缝干涉的条纹宽Δx=，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为红＞蓝，所以Δx红＞Δx蓝，故D错.
3.A,D
当路程差d=n时出现亮条纹，路程差d=（2n＋1）/2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d=/2，所以A正确。由Δx=l/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确。
堂中互动▲
【典题探究】
例1如图所示是实验装置示意图，甲图是用绿光 ( http: / / www.21cnjy.com )进行实验的，光屏上观察到的条纹情况，a为中央明纹；乙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，则下列说法正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
解析：在同一实验装置下，l、d相同，由Δx=λ可知，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间的距离Δx与λ成正比.由题意知乙中b大于甲中a，所以乙图所用光的波长要长，而对于可见光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，波长依次变短，由此可知可能是红光而不是紫光.A选项正确.
拓展 明确条纹间距公式Δx=λ中各物理量的意义，通过实验观察和理论总结理解条纹间距与波长成正比关系，是解决本题的关键.
例2如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.
( http: / / www.21cnjy.com )
（1）图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②③④依次是、和.
（2）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（ ）
A.增大③和④之间的距离
B.增大④和⑤之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
解析：在光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头.由Δx=λ可知，相邻两条纹间距离与双缝间的距离成反比，应减小双缝之间的距离，D选项错，增大双缝到屏之间的距离，B选项正确，增大光的波长，C选项错误.
例3在用单色光做双缝干涉实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（ ）
A.第三级暗纹到两缝距离差为波长的1.5倍
B.第三级亮纹到两缝距离差为波长的1.5倍
C.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍
D.第三级亮纹到两缝距离差为波长的3倍
解析：根据出现明暗条纹的条 ( http: / / www.21cnjy.com )件：当|S2P-S1P|=nλ时，在屏上P点出现亮条纹.n=0时，在屏中央出现第零级亮纹，n=1时，在屏上出现第一级亮纹.
以此类推，|S2P′-S1P′|=(2n-1)在屏上出现暗条纹.
n=1时，在屏上出现第一级暗纹，n=2时，在屏上出现第二级暗纹.
以此类推，根据以上所述，答案应选D.