4.4用双缝干涉测量光的波长 课件-2021-2022学年人教版（2019）高中物理选择性必修第一册32张PPT

第4节实验：用双缝干涉测量光的波长
第四章光
你见过的最精密的尺子是什么?可能是千分尺。千分尺的精度可以达到10-5 m,但光的波长比这个还要小得多,光的波长是怎样测量的呢?
新知探究
知识点 实验原理
实验目的
1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件．
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．
1
新知探究
知识点 实验原理
实验原理
1．相邻亮纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系
1
新知探究
知识点 实验原理
实验原理
如图所示，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，所以三角形S1S2M可看做直角三角形．
1
新知探究
知识点 实验原理
实验原理
1
新知探究
知识点 物理量的测量
????的测量：双缝到屏的距离可用刻度尺测出。
?????的测量：相邻两条亮（暗）条纹间的距离需要用测量头测出。为了减小测量误差，可测出n条亮（暗）条纹间的距离a，则?????=?????????1
?
2
新知探究
知识点 物理量的测量
实验中用于测量干涉条纹间距的仪器叫测量头,其外形如图所示。
2
新知探究
知识点 物理量的测量
转动手轮，分划板会左、右移动．测量时，应使分划板中心刻线对齐某亮条纹(或暗条纹)的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一相邻的亮条纹(或暗条纹)中心时，记下手轮上的读数a2，两次读数之差就是相邻两亮条纹(或暗条纹)间的距离，即Δx＝|a1－a2|.
2
新知探究
知识点 实验步骤
将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。
3
新知探究
知识点 实验步骤
2.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。
3.调节各元件的高度，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，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹。
5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
3
新知探究
知识点 实验步骤
例：如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的________．
3
新知探究
知识点 实验步骤
A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏
B．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏
C．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏
D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏
对于某种单色光，为增加相邻亮纹(或暗纹)之间的距离，可采用的方法是(任写一种方法) ________．
3
新知探究
知识点 实验步骤
3
新知探究
【答案】　C　增加双缝到屏的距离，也可以减小双缝间距
知识点 实验步骤
思考：(1)做双缝干涉实验时,为什么要加装滤光片?
3
新知探究
【提示】(1)从小灯泡发出的光经过滤光片后,就可以得到单色光。
思考：(2)实验中单缝、双缝和光屏分别有什么作用?
【提示】(2)单缝获得线光源,双缝获得相干光,光屏呈现干涉条纹。
知识点 实验步骤
思考：(3)用单色光做实验时,观察到的干涉条纹有何特点?
3
新知探究
【提示】(3)等宽、等亮、等间距。
思考：（4）用同一个实验装置做双缝干涉实验时,为什么加装不同的滤光片做实验时干涉条纹宽度不同?
【提示】(4)加装不同的滤光片,入射光的波长不同。由Δx=λ可知,入射光波长不同,条纹宽度也不同。
知识点 实验步骤
思考：(5)如果直接用白光(不加装滤光片)做实验,看到的干涉条纹是怎样的?如何解释看到的现象?
3
新知探究
【提示】(5)亮条纹中除中央亮条纹是白光外,其余都是彩色的。其原因是白光中含有七种不同颜色的光,而不同颜色的单色光波长不同,条纹间距不同,所以干涉条纹就变成了彩色的。
知识点 实验步骤
例1：用白光做双缝干涉实验时,得到彩色的干涉条纹。已知白光中含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光,其波长是在不断减小的。下列说法正确的是(　　)。
A.干涉图样的中央亮纹是白色的
B.干涉图样的中央亮纹是绿色的
C.在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹
D.在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹
3
新知探究
知识点 实验步骤
【解析】在可见光中从红光到紫光波长逐渐减小,根据双缝干涉中距O点为x处出现亮条纹公式x=±kλ可知,同一装置中k相同时,对于紫光x最小,对于红光x最大。因此,除中央亮条纹白色以外,两侧出现了彩色条纹,而且紫光更靠近中央亮条纹。
【答案】AD
3
新知探究
知识点 实验步骤
例2：在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线最好(　　 )
A.与亮条纹的边缘对齐
B.与暗条纹的边缘对齐
C.与亮条纹的中心位置对齐
D.与暗条纹的中心位置对齐
3
新知探究
知识点 实验步骤
【解析】在利用测量头测量条纹宽度时,应使分划板中心刻线最好与亮条纹的中心位置对齐,因条纹的边缘轮廓不清晰,如果对准边缘测量,则误差较大。
【答案】C
3
新知探究
知识点 数据处理
4
新知探究
知识点 误差分析
1．(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差．
(2)通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差．
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离时读数不准确．
5
新知探究
知识点 注意事项
1．放置单缝和双缝时，必须使缝平行．
2．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．
3．测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心．
4．要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx.
5．调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行．
6
新知探究
1.某同学利用图所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
课堂训练
(i)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
课堂训练
(ii)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________。
(iii)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。
课堂训练
课堂训练
2.利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距为d＝0.4 mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹，分划板在图中A、B位置时游标卡尺(10分度)读数如图所示，则：
课堂训练
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝________mm，xB＝________mm，相邻两条纹间距Δx＝________mm；
(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长为λ＝________m。
课堂训练
课堂训练
谢谢