教科版高中物理选择性必修第一册第四章光及其应用第5节实验：用双缝干涉测量光的波长课件（39页PPT）

(共39张PPT)
[学习目标]
[实验原理]
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)、学生电源、导线、米尺。
[实验器材]
[实验操作]
观察双缝干涉图样
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃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。
[数据分析]
[误差分析]
1.双缝到屏的距离l的测量误差
因本实验中双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用毫米刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小相对误差。
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时读数不准确。
[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、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.实验中可能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。
题型一　教材原型实验
[例1]　如图甲所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：
(1)在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏(含测量头)。
(3)图乙是实验得到的红光双缝干涉图样照片，根据该图可判断双缝干涉的亮条纹间距________(选填“相等”或“不相等”)。
(4)在某次测量中，观察分划板中心线与图乙亮条纹P中心对齐时的情形，如图丙所示。然后转动测量头手轮，当分划板中心线与亮条纹Q中心对齐时，目镜中观察到的图应为________。
答案　(1)单缝　双缝　(2)A　(3)相等　(4)A
解析　(1)由题图可知，③为单缝，④为双缝。
(2)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，应先调节器件的高度，使光束能沿遮光筒轴线把屏照亮，再安装单缝和双缝，故选项A错误；根据实验操作可知选项B、C正确。
(3)由题图乙可判断双缝干涉的亮条纹间距相等。
(4)转动测量头手轮，当分划板中心线与亮条纹Q中心对齐时，目镜中观察到的图应为A。
[例2]　某实验小组利用如图甲所示装置测量某种单色光的波长。
(1)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹记为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示，则此示数为________ mm，由此可求得相邻亮条纹的间距Δx为________mm。
(2)已知双缝间距d为2.0×10-4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算公式λ＝________，求得所测红光波长为________nm。
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
(4)下列实验操作可能使波长的测量结果偏大的是________(填选项前字母)。
A.双缝间距d的测量值偏小
B.相邻亮条纹间距Δx的测量值偏大
C.双缝到屏之间的距离l的测量值偏大
[总结提升]
1.单缝屏的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏。杨氏那时没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。
2.双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。
题型二　拓展创新实验
[例3]　(2024·河北卷)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。
单色光类别 x1/mm x6/mm
单色光1 10.60 18.64
单色光2 8.44 18.08
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：
根据表中数据，判断单色光1为________(选填“红光”或“绿光”)。
答案　绿光
[例4]　寒假期间小明利用图甲所示的物品，测量了某型号刀片的厚度。
实验过程如下：
(1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑。
(2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕。
(3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。
(4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。
(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为________cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δy＝________cm。
(6)测得玻璃片到光屏的距离L＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝700 nm，利用公式求出双划痕间距d＝________mm，即为刀片厚度(保留两位有效数字)。
答案　(5)10.50　2.1　(6)0.10
1.下列关于双缝干涉实验的说法正确的是(　　)
A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹
D.在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉现象发生
B
解析　在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得线光源，使光有唯一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故A项错误，B项正确；在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，故C项错误；两列光波相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察方便，故D项错误。
2.(多选)(2024·广西卷)如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，a l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。下列说法正确的是(　　)
AD
3.(2022·海南卷)用双缝干涉实验测量某单色光的波长。
(1)如图所示的实验装置中，a、b器材分别为________、________(填选项前字母)。
A.单缝、双缝
B.双缝、单缝
C.单缝、单缝
D.双缝、双缝
(2)测得第1条亮条纹中心到第6条亮条纹中心的距离为x，双缝到毛玻璃屏的距离为L，已知双缝间的距离为d，则该单色光的波长λ＝________(用x、L和d表示)。
4.如图所示的是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中：
(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________。
A.旋转测量头
B.增大单缝与双缝间的距离
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________。
A.减小单缝与光源间的距离
B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离
D.增大双缝与测量头间的距离
答案　(1)C　(2)D
5.某实验小组使用如图甲所示的装置测量某激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板，双缝间的宽度d＝0.36 mm。激光经过双缝后投射到光屏中的条纹如图乙所示。
6.我们用如图甲所示的装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。
(1)将实验仪器按要求安装在光具座上，则在图甲中A、B处应该安装的器材和滤光片的位置分别是________。
A.A处为双缝、B处为单缝、滤光片在光源和凸透镜之间
B.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间
C.A处为双缝、B处为单缝、滤光片在遮光筒内
D.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间
(2)(多选)若在实验当中，某同学观察到图乙所示的图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差，所以需要对仪器进行调整，使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上，下面操作中可行的有________。
A.调节拨杆方向
B.其他不动，测量头旋转一个较小角度
C.其他不动，遮光筒旋转一个较小角度
D.将遮光筒与测量头整体旋转一个较小角度
(3)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，如图丙所示，实验时先转动测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准图丁所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹，如图丁所示，此时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________m(保留两位有效数字)。
答案　(1)D　(2)BC　(3)9.5　6.1×10-7