高中物理教科版选修3-4课件：第五章2.学生实验：用双缝干涉测量光的波长:21张PPT

课件21张PPT。2.学生实验:用双缝干涉测量光的波长1.理解实验原理,体验用双缝干涉测量光的波长的实验过程.
2.加深对干涉图样的认识和理解,知道影响干涉条纹宽度的因素.1.实验目的
(1)了解光波产生稳定干涉现象的条件.
(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样.
(3)测定单色光的波长.
2.实验器材
双缝干涉仪一台,包括:光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光管、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺.3.实验原理
(1)观察干涉图样:光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹.
(2)测量光的波长:若双缝到屏的距离用l表示,双缝间的距离用d表4.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,上下或左右调节灯泡,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.
(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中心,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中心,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式中d为双缝中心距,其数值刻在双缝座上,一块为0.250 mm,另一块为0.200 mm.l为双缝至光屏(即分划板)之间的距离,当遮光管未接长管时,l=600 mm;当遮光管接上长管后,l=700 mm.
(7)改变双缝间的距离d,再测量一次.探究一探究二实验注意事项
(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆卸遮光管、测量头等元件.
(2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去,不要用其他物品擦拭或用口吹气除尘.
(3)安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光管的中心轴线上,并使单缝、双缝平行.
(4)不要直接测量Δx,要测几个条纹的间距计算得Δx,这样可以减小误差.探究一探究二实验数据的测量和处理
1.游标卡尺及螺旋测微器的读数
(1)游标卡尺的读数.
游标卡尺的读数包括以下三个步骤:
①从主尺上读出主要部分,即游标尺的零刻度线对准的主尺上的分度值A(应以mm为单位).
②找出从游标尺上的第N条刻度线与主尺上的某条刻度线对齐,然后根据游标尺的种类确定每分度的值u(10分度尺为0.1 mm,20分度尺为0.05 mm,50分度尺为0.02 mm),算出游标尺上计出的值B: B=N×u(mm).
③求出最后结果:X=A+B(mm)
例如以下游标卡尺的读数为23.7 mm.探究一探究二(2)螺旋测微器的读数.
螺旋测微器(又叫千分尺)是比游标卡尺更精确的测量长度的工具.用它测量长度可准确到0.01 mm.但读数要读到0.001 mm位(这一位是估读位).
读数方法:读数=固定刻度的读数+可动刻度的读数毫米的整数及半毫米部分在固定刻度上读出,半毫米以下部分在可动刻度上读出,并估读一位.如图所示的情况,“0”刻线以外,有4条刻线露出,固定刻度的读数为2 mm;与轴线对应的可动刻度尺的刻线为13.0(其中“13”是准确格数,“0”是估读的格数),可动刻度的读数为13.0×0.01 mm=0.130 mm;该被测物的全部测量值应为4×0.5 mm+13.0×0.01 mm=2.130 mm.探究一探究二2.条纹间距Δx的测量
(1)分划板的调节:分划板上的刻线形状如图所示,一条水平刻线,三条竖直刻线,待视线中出现清晰的干涉条纹后,使竖直刻线与干涉条纹平行.若不平行,松开测量头上的紧固螺钉,转动测量头使其平行.
(2)若直接测相邻两亮条纹的间距Δx,相对误差较大,转动手轮,使分划板中心刻线与左侧标1的那条清晰亮条纹的中心对齐,记下游标尺上的读数x1;然后使分划线右移,让分划板中心刻线与标7的那探究一探究二(3)为更有效地减小实验误差,x1、x7的读数应重复测几次,取其平均值.【例题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.?(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　　　　　和　　　　　　.?
解析:(1)滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是获取线光源,双缝屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏,所以排列顺序为C、E、D、B、A.
(2)在操作步骤②时应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间距离为5~10 cm.
答案:见解析【例题2】 用双缝干涉测光的波长时:
(1)在某次实验中,用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹,其中亮纹a、c的位置利用测量头上的分划板确定,如图所示.其中表示a纹位置(如图甲所示)的手轮读数为　　　　mm,表示c纹位置(如图乙所示)的手轮读数为　　　　mm.?
(2)已知双缝间的距离为0.18 mm,双缝与屏的距离为500 mm,则单色光的波长为　　　　μm.?解析:(1)螺旋测微器的读数应该先读整数刻度,然后看半刻度是否露出,最后看可动刻度,即题图甲的读数为1.790 mm,题图乙的读数为4.940 mm.λ=0.567 μm.
答案:(1)1.790　4.940　(2)0.5671 2 3 41用单色光做双缝干涉实验,下述说法正确的是(　　)
A.相邻干涉条纹之间的距离相等
B.中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2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间的距离,l为缝到屏的距离,λ为光波波长,可见相邻干涉条纹之间的距离相等.选项A正确,选项B、C错误.因为λ红>λ蓝,所以Δx红>Δx蓝,故选项D错误.
答案:A1 2 3 42某同学在做双缝干涉实验时,按装置图安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于(　　)
A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大
B.没有安装滤光片
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
解析:安装实验器件时要注意:光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合,光源与光屏正面相对,滤光片、单缝和双缝要在同一高度,中心位置在遮光筒轴线上,单缝与双缝要相互平行,才能使实验成功.当然还要使光源发出的光束不致太暗.据上分析,可知选项A、C正确.
答案:AC1 2 3 43(2018·江苏单科)两束单色光A、B的波长分别为λA、λB,且λA>λB,则
　　　　(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大.用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到　　　　(选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大.?答案:A　A 1 2 3 44在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,装置如图所示.双缝间的距离d=3 mm.
(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　　　　.?1 2 3 4(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m,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0.500 mm)观察第1条亮纹的位置如图甲所示,观察第5条亮纹的位置如图乙所示.则可求出红光的波长λ=　　　　　　　　m.?1 2 3 4解析:(1)由于测量红光的波长,因此用红色滤光片. 答案:(1)红　l　Δx　(2)6.86×10-7