课件24张PPT。第五章 光的波动性2.学生实验：用双缝干涉测量光的波长234567891011121314151617181920212223点击右图进入…Thank you for watching !2.学生实验：用双缝干涉测量光的波长
一、实验目的
1．观察单色光和白光的双缝干涉图样．
2．掌握用公式Δx＝λ测定光的波长的方法．
3．会用测量头测量条纹间的距离．
二、实验原理
若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)间的距离用Δx表示，则入射光的波长λ＝.实验中d是已知的，只要测出l、Δx即可计算出光的波长λ.
三、实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光管、光屏和测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺．
一、实验步骤
1．把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行．
2．在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直．再装好单缝管．
3．让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高．灯丝与单缝之间的距离约为25 cm.点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡．反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心．
4．在遮光管的另一端装上测量头．在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的干涉条纹最清晰．这时看到的彩色干涉条纹的特征是：中央为一条白色亮条纹．称为零级亮条纹；其余各级亮条纹都是带彩色的，彩色的排列以零级亮条纹为中心左右对称．在第一级亮条纹中，红色在最外侧．
5．测量单色光波长时，在单缝前面加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量．
6．先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹或者暗条纹，并记下它在游标尺上的读数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条(一般n可取7左右)干涉亮条纹或暗条纹，这时游标尺的读数为xn.则相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离为Δx＝
待测的光波波长为λ＝＝·.
7．改变双缝中心距离d，重复上面的步骤，再测一次．
二、误差分析
1．双缝到屏的距离l的测量带来的误差，可选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差．
2．条纹间距Δx可利用“累积法”测n条亮纹间距，再由Δx＝求出，并且采用多次测量求λ的平均值的方法进一步减小误差．
3．分划板刻度线和干涉条纹不平行，中心刻度线没有位于条纹中心均会导致条纹间距Δx有误差．
三、实验注意事项
1．调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；
2．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上；
3．调节测量头时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条条纹间的距离；
4．不要直接测Δx，要测几个条纹的间距计算得Δx，这样可减小误差；
5．白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层．
实验探究1 实验操作过程及仪器读数
在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图)：
(1)下列说法哪一个是错误的________．(填选项前的字母)
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．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为______mm.
【解析】 (1)放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故A项错误．
(2)按读数规则，读出示数为：1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm.
【答案】 (1)A (2)1.970
实验探究2 实验数据处理
利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙中游标卡尺的示数为________ mm.图丁游标卡尺的示数为________ mm.在实验中，所测单色光的波长为________ m．在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将________(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹．
【解析】 根据游标卡尺的原理，可读出图丙的示数为11.4 mm；图丁的示数是16.8 mm.Δy＝ mm＝1.35 mm.又根据Δy＝λ，则λ＝＝6.75×10－7 m.
当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时，不满足干涉条件，故不能看到明暗相间的条纹．
【答案】 11.4 16.8 6.75×10－7 不能
课时分层作业(十八)
(建议用时：45分钟)
1．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是( )
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．增大双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
E．换用频率更低的单色光源
【解析】 根据Δx＝λ，其中l是双缝到光屏之间的距离，d是双缝之间的距离，λ是波长，又λ＝，B、C、E选项正确．
【答案】 BCE
2．用单色光做双缝干涉实验，在光屏上某点P，从中央O点开始计数，P点恰好为第三条亮纹，现改用波长较短的单色光照射，其他的条件不变，那么不可能的是( )
A．P处仍为第三条亮纹
B．P处可能是第四条亮纹
C．P处可能是第二条亮纹
D．若将光屏向双缝移近一些，在P处可能看到第二条亮纹
E．中央O点仍为亮纹
【解析】 波长短，双缝到P点光程差不变，故A、C不可能；若将光屏向双缝移近一些，条纹间距变小，故D不可能．
【答案】 ACD
3．(1)现有下列仪器：
A．白炽灯 B．双缝 C．单缝 D．滤光片 E．白色 光屏
把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是：________(填写字母代号)．
(2)已知双缝到光屏之间的距离L＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示．则入射光的波长λ＝________m(结果保留两位有效数字)．
(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有________．
A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光
B．增大双缝到屏的距离
C．增大双缝到单缝的距离
D．增大双缝间距
E．减小双缝间距
【解析】 游标卡尺读数精确度为0.1 mm，A位置主尺读数为11 mm，游标尺读数为1，读数为x1＝11 mm＋1×0.1 mm＝11.1 mm，同理B位置读数为x2＝15.6 mm，则条纹间距Δx＝≈0.64 mm.利用λ＝Δx＝6.4×10－7 m．由Δx＝λ可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光、减小双缝间距或增大双缝到屏的距离，故A、B、E正确．
【答案】 (1)ADCBE (2)6.4×10－7 (3)ABE
4．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取____________或____________的方法．
【解析】 做该实验时用单色光，应特别注意，②是滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏．由条纹间距公式Δx＝λ可知，要增大相邻条纹间距，应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离．
【答案】 滤光片 单缝屏 双缝屏 增大双缝屏到光屏的距离 减小双缝屏两缝间距离
5．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距d＝0.2 mm的双缝屏．从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l＝700 mm.然后，接通电源使光源正常工作．
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度．某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________ mm；
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________ mm；这种色光的波长λ＝________ nm.
【解析】 (1)由游标尺的读数规则可知：x2＝(15.0＋1×0.02) mm＝15.02 mm；
(2)题图乙(a)中暗纹与题图丙(a)中暗纹间的间隔为6个，故Δx＝＝2.31 mm；
由Δx＝λ可知λ＝＝6.6×102 nm.
【答案】 (1)15.02 (2)2.31 6.6×102
6．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，要把它们放在图所示的光具座上组成双缝干涉装置，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.
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，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，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离．
在操作步骤②时还应注意单缝、双缝应________________________且________．
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为____________mm，求得相邻亮纹的间距Δx＝________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λ＝________，求得所测红光波长为________nm.
【解析】 (1)由左至右依次放置白色光源C、滤光片E、单缝D、双缝B、毛玻璃屏A.
(2)单缝、双缝应相互平行并跟遮光筒轴线垂直．
(3)甲的示数为2.320 mm，乙的示数为13.870 mm，则Δx＝ mm＝2.310 mm.
(4)由Δx＝λ得λ＝Δx＝×2.310×10－3 m＝6.60×10－7 m＝660 nm.
【答案】 (1)E、D、B (2)相互平行 与遮光筒轴线垂直 (3)13.870 2.310 (4)Δx 660
