4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 课件（31张PPT）

(共31张PPT)
第四章 《光》
第4节 《实验：用双缝干涉测量光的波长》
《选择性必修第一册》（人教版）
干涉条纹与光的波长之间的关系
波长为 的单色光照射到双缝上。两缝中心间距为d，两缝S1、S2的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离为OP=l。
对于屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为r1、r2，且d l
亮纹条件：
相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距是：
一、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：
一、实验原理
1、怎样才能得到双缝干涉条纹
2、测量波长需要测量哪些量 需要用什么器材测量
3、怎样增大(或减小)亮条纹的宽度
4、换用不同颜色的滤光片进行实验，干涉条纹间的距离怎样变化
5、实验过程中应记录的数据有哪些
6、白光的干涉条纹有什么特点 用白光实验时会存在什么问题
思考
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．
二、实验器材
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
单缝
测量头
凸透镜

三、实验步骤
1、如图，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、取下双缝，打开光源，调节光源高度，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
三、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
Δx
Δx
Δx
Δx
Δx
红光
第一条亮纹
第一条暗纹
第一条暗纹
第二条暗纹
第三条暗纹
第二条暗纹
第三条暗纹
第三条亮纹
第二条亮纹
第三条亮纹
第二条亮纹
第1条
第7条
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。
（1）调单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹.
（2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
（3）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数x1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数x2，则
相邻两条纹间的距离
（4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长.
观察与记录
刻度尺
螺旋测微器或游标卡尺
实验演示
四、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.
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。
五、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．
红光的条纹间距最大，紫光的最小。
1．红光的波长最长，紫光的波长最短
2．波长越长，频率越小，波长越短，频率越大
（光速=波长×频率）
3．光的颜色由频率决定
在其他条件不变的情况下，不同颜色的光，条纹间距不同。
例1. 某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间距为d，双缝到屏的距离为L， 将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所示，此时的示数x1= mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第n亮条纹的中心对齐，测出第n亮条纹示数为x2。由以上数据可求得该光
的波长表达式λ= （用给出的字母符号表示）。
0.776
0
25
30
20
35
mm
典例分析 —— 实验过程和数据处理
例2．（多选）在杨氏双缝干涉实验中，如果（ ）
A.用白光作为光源， 屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源， 屏上将呈现红黑相间的条纹
C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
D.用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹
BD
解析：白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错
用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；
红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对。
典例分析 —— 实验过程和数据处理
例3.在“用双缝干涉测光的波长” 的实验中，装置如图，双缝间的距离d=3mm
（1）若测定红光的波长，应选用 色的滤光片，实验时需要测定的物理量有： 和 。
红
双缝到屏的距离L
n条条纹间距a
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
典例分析 —— 实验过程和数据处理
（2）若测得双缝与屏之间距离0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第1条亮纹的位置如图（a）所示，观察第5条亮纹的位置如图（b）所示，则可求出红光的波长= m.（保留一位有效数字）
0
10
15
20
0
40
0
10
1 2 3 4 5
图（a）
图（b）
7×10-7
典例分析 —— 实验过程和数据处理
由读数得
则
课堂练习
③②①④⑤
5．某同学在《用双缝干涉测光的波长》的实验中，实验装置如图所示。使用的双缝的间距为0.025cm。实验时，屏与双缝之间距离需要测量，已知入射光的波长λ为500nm。则：
（1）先调节______和_______的中心位于遮光筒的中心轴线上，并使_________和_______竖直且互相平行。
光源
双缝
单缝
双缝
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
（2）当屏上出现了干涉图样后，通过测量头观察第1条亮纹的位置如图a所示，第5条亮纹位置如图b所示，则双缝与屏的距离为 mm
594
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
已知双缝的间距d=0.025cm,波长λ=500nm, 读数a=a2-a1=(5.880-1.128)mm