2020--2021物理人教版选修3-4课件：第13章 4 实验用双缝干涉测量光的波长 【19张含答案】
文档属性
| 名称 | 2020--2021物理人教版选修3-4课件：第13章 4 实验用双缝干涉测量光的波长 【19张含答案】 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 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 | 2020-06-04 12:27:37 | ||
图片预览
文档简介
(共19张PPT)
人教版选修3-4课件：
第十三章
4 实验用双缝干涉测量光的波长
探究突破
一、实验目的
1.观察白光及单色光的双缝干涉图样。
二、实验原理
1.相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导
如下图所示,双缝间距d,双缝到屏的距离l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P,两缝与P的距离PS1=r1,PS2=r2。在线段PS2上作PM=PS1,则S2M=r2-r1,因d?l,三角形S1S2M可看作直角三角形。则
r2-r1=dsin
θ(令∠S2S1M=θ)。
另x≈ltan
θ≈lsin
θ
2.测量原理
三、实验器材
双缝干涉仪(包括:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头,其中测量头又包括:分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。
四、实验步骤
1.观察双缝干涉图样
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃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
cm~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。
2.测定单色光的波长
(1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。
(2)使分化板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央,如图所示。记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分化板中心刻线移到另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,得出n个亮条纹间的距离为a=|a2-
(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。
(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。
(5)换用不同的滤光片,重复实验。
五、数据处理
2.用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)。
4.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。
狭缝宽度要适度,光线亮度要充足;单缝与双缝要平行,缝间距离要适度;中心对准条纹处,移动标尺好读数。
六、误差分析
实验中的双缝间距d是器材本身给出的,因此本实验要注意l和Δx的测量。光波的波长很小,l、Δx的测量对波长的影响很大。
1.l用毫米刻度尺测量,如果可能,可多次测量求平均值。
2.Δx利用测量头测量。可利用“累积法”测n条亮纹间距,再求
七、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系。
典例剖析
一、对实验装置及原理的考查
例题1在用双缝干涉测光的波长实验中(实验装置如图):
(1)下列说法错误的是 。(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
(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)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距Δx=
,选项C正确。故选A。
(2)主尺读数是1.5
mm,螺旋读数是47.0×0.01
mm,因此示数为1.970
mm。
答案:(1)A (2)1.970
二、实验数据处理和误差分析
例题2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=0.20
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分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一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。?
答案:(1)15.02 (2)2.31 6.6×102
当堂检测
1.(考查实验注意事项)某同学在做双缝干涉实验时,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.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
解析:光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项A、C正确。
答案:AC
2.(考查实验原理)某同学按实验装置安装好仪器后,观察光的干涉现象,获得成功。若他在此基础上对仪器的安装有如下改动,则仍能使实验成功的是( )
A.将遮光筒的光屏向靠近双缝的方向移动少许,其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动
C.将单缝向双缝移动少许,其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动
解析:干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果,双缝后面的区域处处存在光,所以移动光屏或改变单缝与双缝间距,条纹仍然形成,故A、C正确;将滤光片移至单缝和双缝之间,照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源,故B正确;将单缝与双缝的位置互换,失去了产生干涉的条件,故D错误。
答案:ABC
3.(考查实验数据)双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离l1=100
mm,双缝与屏的距离l2=700
mm,双缝间距d=0.25
mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1=
mm,对准第4条时读数x2=
mm。?
(2)写出计算波长λ的表达式,λ= (用符号表示),λ=
m。?
解析:(1)读数x1=2
mm+0.01×19.0
mm=2.190
mm,x2=7.5
mm+0.01×37.0
mm=7.870
mm。
人教版选修3-4课件：
第十三章
4 实验用双缝干涉测量光的波长
探究突破
一、实验目的
1.观察白光及单色光的双缝干涉图样。
二、实验原理
1.相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导
如下图所示,双缝间距d,双缝到屏的距离l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P,两缝与P的距离PS1=r1,PS2=r2。在线段PS2上作PM=PS1,则S2M=r2-r1,因d?l,三角形S1S2M可看作直角三角形。则
r2-r1=dsin
θ(令∠S2S1M=θ)。
另x≈ltan
θ≈lsin
θ
2.测量原理
三、实验器材
双缝干涉仪(包括:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头,其中测量头又包括:分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。
四、实验步骤
1.观察双缝干涉图样
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃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
cm~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。
2.测定单色光的波长
(1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。
(2)使分化板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央,如图所示。记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分化板中心刻线移到另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,得出n个亮条纹间的距离为a=|a2-
(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。
(4)重复测量、计算,求出波长的平均值。
(5)换用不同的滤光片,重复实验。
五、数据处理
2.用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)。
4.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。
狭缝宽度要适度,光线亮度要充足;单缝与双缝要平行,缝间距离要适度;中心对准条纹处,移动标尺好读数。
六、误差分析
实验中的双缝间距d是器材本身给出的,因此本实验要注意l和Δx的测量。光波的波长很小,l、Δx的测量对波长的影响很大。
1.l用毫米刻度尺测量,如果可能,可多次测量求平均值。
2.Δx利用测量头测量。可利用“累积法”测n条亮纹间距,再求
七、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系。
典例剖析
一、对实验装置及原理的考查
例题1在用双缝干涉测光的波长实验中(实验装置如图):
(1)下列说法错误的是 。(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
(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)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距Δx=
,选项C正确。故选A。
(2)主尺读数是1.5
mm,螺旋读数是47.0×0.01
mm,因此示数为1.970
mm。
答案:(1)A (2)1.970
二、实验数据处理和误差分析
例题2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=0.20
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分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一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。?
答案:(1)15.02 (2)2.31 6.6×102
当堂检测
1.(考查实验注意事项)某同学在做双缝干涉实验时,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.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
解析:光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项A、C正确。
答案:AC
2.(考查实验原理)某同学按实验装置安装好仪器后,观察光的干涉现象,获得成功。若他在此基础上对仪器的安装有如下改动,则仍能使实验成功的是( )
A.将遮光筒的光屏向靠近双缝的方向移动少许,其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动
C.将单缝向双缝移动少许,其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动
解析:干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果,双缝后面的区域处处存在光,所以移动光屏或改变单缝与双缝间距,条纹仍然形成,故A、C正确;将滤光片移至单缝和双缝之间,照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源,故B正确;将单缝与双缝的位置互换,失去了产生干涉的条件,故D错误。
答案:ABC
3.(考查实验数据)双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离l1=100
mm,双缝与屏的距离l2=700
mm,双缝间距d=0.25
mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1=
mm,对准第4条时读数x2=
mm。?
(2)写出计算波长λ的表达式,λ= (用符号表示),λ=
m。?
解析:(1)读数x1=2
mm+0.01×19.0
mm=2.190
mm,x2=7.5
mm+0.01×37.0
mm=7.870
mm。