4.4实验：用双缝干涉测量光的波长 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册学案word版含答案
文档属性
| 名称 | 4.4实验：用双缝干涉测量光的波长 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册学案word版含答案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 398.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-10 06:16:17 | ||
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文档简介
第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长
【学习目标】
1．会根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，确定测量光的波长的实验思路。
2．能设计实验方案并正确操作实验器材，得到明显的干涉条纹。
3．知道两种测量头的操作和读数规则，并获得数据。
4．对测量数据进行整理，得到波长的测量值。
【问题导入】
前面我们通过理论推导，得到了双缝干涉实验中干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，即Δx＝λ。大家能否设计实验测量光的波长？
【知识梳理】
一、实验思路
光源发出的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝Δx计算出光的波长。
问题探究：
1．透镜的作用是什么？
透镜的作用是使射向单缝的光更集中。
2．单缝的作用是什么？
为了获得一个线光源
3．滤光片有什么作用？应放在哪个位置？
为了获得单色光，放在光源和单缝之间。
3．实验中应该记录哪些数据？
双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx（双缝间的距离d已知）
4．能否用白光做实验？问什么？
二、物理量的测量
1．l 的测量：双缝到屏的距离 l 可以用刻度尺测出。
2．Δ x 的测量：用到的工具叫测量头，由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后继续转动，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数，并记录移过分划板中心刻度线的条纹数n。将两次手轮的读数相减，得出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝，再求出相邻两个亮条纹间的距离Δx。
三、进行实验
1．按上图所示安装仪器。
2．将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。具体操作是先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。然后放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互平行。
3．在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样，然后利用测量头测量相邻两个亮条纹间的距离Δx。
问题探究：
1．下面是不同双缝和不同色光的双缝干涉条纹，请根据条纹回答下面问题。
(1)通过对比第一幅和第二幅说明条纹间距与双缝间距的关系；
(2)通过对比第二幅和第三幅说明条纹间距与光的波长的关系；
四、误差分析
(1)照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，原因是灯丝与单缝、双缝，或测量头与遮光筒不共轴，解决办法是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，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。
(2)干涉条纹不清晰，单缝与双缝不平行所致，解决的办法是耐心仔细地调节拨杆，使单缝和双缝平行，以达到最佳效果。
(3)干涉条纹与分划板刻线不平行，可以通过转动遮光简使条纹与分划板刻线平行。
五、注意事项
1．光源灯丝最好为线状灯丝，与单缝平行并靠近。透镜、滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦干净。
2．安装时，注意使单缝和双缝互相平行，使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上。
3．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不能随便拆卸遮光筒、测量头等部件。
【考点研析】
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
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
3．(1)备有下列仪器：
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
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．
【答案提示】
1．答案：BCE
2．答案：ACD
3．答案：(1)ADCBE (2)6.4×10－7 (3)AB
4．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
【学习目标】
1．会根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，确定测量光的波长的实验思路。
2．能设计实验方案并正确操作实验器材，得到明显的干涉条纹。
3．知道两种测量头的操作和读数规则，并获得数据。
4．对测量数据进行整理，得到波长的测量值。
【问题导入】
前面我们通过理论推导，得到了双缝干涉实验中干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，即Δx＝λ。大家能否设计实验测量光的波长？
【知识梳理】
一、实验思路
光源发出的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝Δx计算出光的波长。
问题探究：
1．透镜的作用是什么？
透镜的作用是使射向单缝的光更集中。
2．单缝的作用是什么？
为了获得一个线光源
3．滤光片有什么作用？应放在哪个位置？
为了获得单色光，放在光源和单缝之间。
3．实验中应该记录哪些数据？
双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx（双缝间的距离d已知）
4．能否用白光做实验？问什么？
二、物理量的测量
1．l 的测量：双缝到屏的距离 l 可以用刻度尺测出。
2．Δ x 的测量：用到的工具叫测量头，由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后继续转动，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数，并记录移过分划板中心刻度线的条纹数n。将两次手轮的读数相减，得出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝，再求出相邻两个亮条纹间的距离Δx。
三、进行实验
1．按上图所示安装仪器。
2．将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。具体操作是先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。然后放好单缝和双缝。注意使单缝与双缝相互平行。
3．在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样，然后利用测量头测量相邻两个亮条纹间的距离Δx。
问题探究：
1．下面是不同双缝和不同色光的双缝干涉条纹，请根据条纹回答下面问题。
(1)通过对比第一幅和第二幅说明条纹间距与双缝间距的关系；
(2)通过对比第二幅和第三幅说明条纹间距与光的波长的关系；
四、误差分析
(1)照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，原因是灯丝与单缝、双缝，或测量头与遮光筒不共轴，解决办法是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，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。
(2)干涉条纹不清晰，单缝与双缝不平行所致，解决的办法是耐心仔细地调节拨杆，使单缝和双缝平行，以达到最佳效果。
(3)干涉条纹与分划板刻线不平行，可以通过转动遮光简使条纹与分划板刻线平行。
五、注意事项
1．光源灯丝最好为线状灯丝，与单缝平行并靠近。透镜、滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦干净。
2．安装时，注意使单缝和双缝互相平行，使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上。
3．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不能随便拆卸遮光筒、测量头等部件。
【考点研析】
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
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
3．(1)备有下列仪器：
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
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．
【答案提示】
1．答案：BCE
2．答案：ACD
3．答案：(1)ADCBE (2)6.4×10－7 (3)AB
4．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