4.4.1实验：用双缝干涉测量光的波长 课件—2021-2022学年高二上学期物理人教版（26张PPT）选择性必修第一册

用双缝干涉测量光的波长改进实验
实验数据处理和误差分析
01
1、数据处理
（1）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则n个亮条纹间的距离a= a2- a1
（2）测量结果求波长
测出n个亮条纹间的距离a。就可以求出相邻两个亮条纹的距离
实验数据处理和误差分析
01
2、误差分析
（1）双缝到屏的距离的测量存在误差。
（2）测条纹间距Δx带来的误差。
①干涉条纹没有调整到最清晰的程度．
②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度．
③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．
④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清．
实验数据处理和误差分析
01
例1 如图甲所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验装置。
（1）下列说法正确的是————。（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
光源
单缝
双缝
滤光片
遮光筒
屏
甲
乙
实验数据处理和误差分析
01
C．为了减小测量误差，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△x=a/n
（2）测量c亮纹位置时，某次螺旋测微头手轮上的示数如图乙所示，其示数为______________mm。
（3）若实验中采用间距d=0.3mm的双缝，双缝到屏的距离L=0.9m，已测出n=5条亮纹间的距离a=8.640mm，则所测光的波长为______________m（保留两位有效数字）。.
实验数据处理和误差分析
01
答案（1）B；（2）4.940；（3）6.2×10-7。
解析：
（1）A、调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误；
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，故B正确；
C、n条亮纹之间有n-1个间距，相邻条纹的间距
，故C错误；故选：B。
（2）甲图螺旋测微器固定刻度的读数是4.5mm，可动刻度的读数是：44.0×0.01=0.440mm，螺旋测微器的读数等于：
4.5mm+0.440mm=4.940mm；
（3）相邻条纹间距为
实验数据处理和误差分析
01
×
10?3m=1.85×10-3m
根据双缝干涉的条纹宽度的公式： ，
λ
=
1.85×10?3×0.3×10?3
=6.2×10-7m；
这种单色光的波长：λ
0.9
m
实验数据处理和误差分析
01
跟踪训练1
在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，按要求调整好实验装置。
①为测定相邻两个亮条纹的间距，转动手轮使目镜中能观察到如图乙所示的分划板中心刻度与干涉条纹，记下此时手轮上的读数。然后再次转动手轮，使目镜中能观察到图____（在A、B、C、D中选填一个）所示的分划板中心刻度与干涉条纹，再次记下手轮上的读数。
实验数据处理和误差分析
01
②测得相邻两个亮条纹间距为△x，双缝间距为d，单缝与双缝的距离为L1，双缝到屏的距离为L2，目镜的放大倍数为k，则对应的光波波长为
__________
解析：（1）为了测定相邻两个亮条纹的间距，转动手轮使目镜中能观察到如图乙所示的分划板中心刻度与干涉条纹，记下此时手轮上的读数。然后再次转动手轮，使使分划板的中心刻线对齐相邻亮条纹的中心，故应选C；
（2）根据双缝干涉条纹的间距公式： 解得： = 。
答案：（1）C；（2）
λ
能力考点　师生共研
实验装置图
创新/改进点

1、用光传感器可以方便、直观地演示双缝干涉现象。
2、实验装置
光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。
实验改进与创新
02
用传感器和计算机观察双缝
干涉的实验装置
3、光传感器是一个小盒，在图中白色狭长矩形部分，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在荧光屏上显示出来。在荧光屏显示的干涉图象上移动鼠标，可以得到条纹间距，从而算出光的波长。
实验改进与创新
02
与左图的方法相比，这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便地、形象地在荧光屏上展示亮条纹的分布，并能定量地描绘传感器上各点的光照强度。
实验改进与创新
02
实验装置图
创新/改进点

2、应用双棱镜进行干涉实验
（1）实验器材
钠光灯、双棱镜、可调狭缝、凸透镜、毛玻璃屏、测微目镜、
读数显微镜、白炽灯、氦氖激光器、短焦距扩束透镜、光具座、
滑块等。

应用双棱镜进行干涉实验
实验改进与创新
02
（2）实验原理
双棱镜是由玻璃制成的等腰
三角形棱镜，有两个非常小
的小棱角（约1°）和一个非
常大的钝角。其干涉光路如图
所示， 经钠光灯N照明，从狭缝S发出的单色光经双棱镜B折射后形成两束相干光，它们相当于从狭缝S的两个虚像S1和S2射出的两束相干光，在两束光的重叠区域发生干涉，结果在观察屏P上形成等间距的明暗交替的直线状干涉条纹。
实验改进与创新
02
(3)实验光路
实验光路如图所示，N是钠光灯，S为宽度可调的狭缝，B是双棱镜（镶嵌在一金属框内，棱脊方位可微调），E是测微目镜，L为凸透镜。为了便于调节和测量，将所有仪器、元件都安装在光具座上。
双棱镜干涉实验与双缝干涉实验的原理基本相同，不同之处在于双棱镜干涉是以两个虚像为两个相干光源代替两条狭缝，两个虚像光源之间的距离即为狭缝之间的距离，其他情况基本相同。
例2. （2018春?杭州期末）如图所示，是用光传感器做双缝干涉的实验装置。激光光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。光传感器是一个小盒，在图中白色狭长矩形部分，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在荧光屏上显示出来。
实验改进与创新
02
激光器
双缝
实验改进与创新
02
②用激光替代普通光源来做本实验，最主要是利用了激光的————（填字母）；
A．相干性高 B．平行度好 C．亮度高
D．保持光源和双缝挡板的距离不变，同时下移它们，使它们靠近光传感器，则干涉条纹间距不变
①下列关于本实验的操作与叙述正确的是 ——-（填字母）；
A．应该在光源和双缝之间加一个单缝，才能使实验成功
B．下移光源，使之更靠近刻有双缝的挡板，则干涉条纹间距减小
C．光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，则干涉条纹间距减小
实验改进与创新
02
答案：①C；②A。
解析：①A、因激光的相干性高，则光源和双缝之间不需要加一个单缝，故A错误。

C、光源不动，下移双缝挡板，使之更靠近光传感器，根据双缝干涉条纹的间距公式
B、根据双缝干涉条纹的间距公式 知，若下移光源，使之更靠近刻有双缝的挡板，即减小光源与双缝间距，那么干涉条纹间距增大。故B错误。
λ
λ
知，即减小光源与双缝间距，那么干涉条纹间距会减小，故C正确。
D、保持光源和双缝挡板的距离不变，同时下移它们，使它们靠近光传感器，
根据双缝干涉条纹的间距公式 知，则干涉条纹间距增大。故D错误。
②因激光的相干性高，因此可用激光替代普通光源来做实验，故A正确，BC错误；
实验改进与创新
02
λ
跟踪训练2.某同学利用图（甲）所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用测量光屏上光强的分布．某次实验时，在电脑屏幕上得到图（乙）所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是__________ （选填“单缝”或“双缝”）． 当做干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较__________的双缝（选填“宽”或“窄”），或使缝屏与光屏间的距离 增大
（选填“增大”或“减小”）．
实验改进与创新
02
实验改进与创新
02
知，要使干涉条纹间距变大
解析：图乙可知，条纹中间亮、两边窄，知是衍射条纹，所以在缝屏上安装的是单缝；根据
答案：单缝，窄，增大．
λ
，双缝的宽度需减小，即选择宽度较窄的双缝．或使双缝与光屏间的距离增大．
1、在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图甲所示．
(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：
A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B．干涉条纹与双缝垂直
C．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关
D．干涉条纹间距与光的波长有关
以上几点中你认为正确的是________．
拓展训练
03
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________mm.
?
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示．则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值________(填“大于”、“小于”或“等于”)实际值.
拓展训练
03
【答案】　(1)ACD　(2)0.702　(3)大于
拓展训练
03
拓展训练
03
2、在双缝干涉实验中,两缝间的距离为0.020 cm,双缝到观察干涉条纹的光屏是100.00 cm,用一种单色光黄光做此实验,在光屏上测出21条黄色条纹间的距离是5.90 cm,试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验,在光屏上6.00 cm范围内最多能有多少条暗条纹?
拓展训练
03
【答案】0.?59?μm　17条
【解析】黄光的干涉条纹间距为
因此黄光的波长
?所用红光的波长 ,因此红?光的干涉条纹的间距为
?所以屏上6.00?cm范围内最多能有的暗条纹的个数
λ=????????Δx=0.020100.0×0.295×104?μm=0.59?μm
?
Δx'=????????λ'=100.000.020×0.75×10-4?cm=0.375?cm
?
n=????Δ????+1=6.000.375+1=17(条)。
?
Δx=?????????1=5.9021?1?cm=0.295?cm
?
λ'=????????=0.75?μm
?
再见