人教版選修34 光的干涉 第1課時 學案.docx

第3課時光的干涉實驗：用雙縫干涉測量光的波長知識內容光的干涉實驗：用雙縫干涉測量光的波長考試要求加試c教學要求1.知道楊氏雙縫干涉實驗，以及它對認識光的本性的意義2知道光的干涉條件，知道楊氏雙縫干涉實驗設計的巧妙之處3了解干涉條件的特點4理解明、暗條紋產(chǎn)生的條件5了解實驗裝置，知道實驗原理及需要測量的物理量6知道測量頭的使用方法，會測量明條紋的間距7知道濾光片和遮光筒的作用，理解實驗中為了滿足干涉條件所采用的方法8知道獲得理想干涉條紋的實驗操作要求9會用控制變量的方法，分別研究光的顏色、雙縫距離和雙縫與屏之間距離等與條紋間距的關系10會設計實驗數(shù)據(jù)記錄表并記錄數(shù)據(jù)11會根據(jù)給出的波長表達式計算不同顏色光的波長12會用光傳感器做雙縫干涉實驗13經(jīng)歷實驗過程，體會條紋間距測量時的實驗方法說明1.不要求定量計算以雙縫干涉為背景的問題 2不要求推導相鄰兩個明條紋或暗條紋中心間的計算公式基 礎 梳 理11801年，英國物理學家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。2雙縫干涉的裝置示意圖圖1實驗裝置如圖1所示，有光源、單縫、雙縫和光屏。(1)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況。也可用激光直接照射雙縫。(2)雙縫的作用：一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光。3讓一束單色光投射到一個有兩條狹縫s1和s2的擋板上，狹縫s1和s2相距很近，狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的。這兩個波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加，發(fā)生干涉現(xiàn)象，擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋。這種現(xiàn)象證明光是一種波。要 點 精 講1產(chǎn)生干涉的條件：兩列光的頻率相同、相位相同、振動方向相同。本實驗中是靠“一分為二”的方法獲得兩個相干光源的。2干涉圖樣(1)若用單色光作光源，則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋。(2)若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中間條紋是白色的。3實驗結論：證明光是一種波?！纠?】 在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時()a只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失b紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在c任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮d屏上無任何光亮解析分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但仍有光亮。答案c基 礎 梳 理當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時(即恰好等于波長的整數(shù)倍時)，兩列光在這點相互加強，這里出現(xiàn)亮條紋；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩列光在這點相互削弱，這里出現(xiàn)暗條紋。要 點 精 講1屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件圖2實驗裝置如圖2所示，雙縫s1、s2之間的距離為d，雙縫到屏的距離為l，屏上的一點p到雙縫的距離分別為r1和r2，路程差rr2r1。(1)若滿足路程差為波長的整數(shù)倍，即rk(其中k0,1,2,3，)，則出現(xiàn)亮條紋。(2)若滿足路程差為半波長的奇數(shù)倍，即r(2k1)(其中k0,1,2,3，)，則出現(xiàn)暗條紋。2相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離x與波長的關系：x，其中l(wèi)為雙縫到屏的距離，d為雙縫之間的距離。【例2】 用波長為的單色光照射單縫o，經(jīng)過雙縫m、n在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，如圖3所示，圖中a、b、c、d、e為相鄰亮條紋的位置，c為中央亮條紋，則()圖3ao到達a、b的路程差為零bm、n到達b的路程差為co到達a、c的路程差為4dm、n到達e的路程差為2解析振動方向一致的兩光源在空間發(fā)生干涉，得到亮條紋的條件滿足rk(k0,1,2,3)。答案bd要 點 精 講操作指要1雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器，不要隨便拆分遮光筒、測量頭等元件。2濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會粘附灰塵，只能用擦鏡紙輕輕擦拭，不要用其他物品擦拭或口吹氣除塵。3注意調節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且豎直。4光源使用線狀長絲燈泡，調節(jié)時使之與單縫平行且靠近。測量頭原理1測量頭由分劃板、目鏡、手輪構成，轉動手輪，分劃板會左右移動，測量時，應使分劃板中心與條紋中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，然后轉動測量頭，使分劃板中心與另一條紋中心對比，再次記下手輪上讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差表示這兩個條紋間距離。(如圖4甲、乙所示)圖42為減小誤差，利用“累積法”測n條亮紋間距，再求x求得相鄰條紋間距離。3注意測量頭讀數(shù)時的有效數(shù)字?！纠?】 在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，裝置如圖5所示。雙縫間的距離d3 mm。圖5(1)若測量紅光的波長，應選用_色的濾光片。實驗時需要測定的物理量有_和_。(2)若測得雙縫與屏之間的距離為0.70 m，通過測量頭(與螺旋測微器原理相似，手輪轉動一周，分劃板前進或后退0.500 mm)觀察第1條亮條紋的位置如圖6甲所示，觀察第5條亮條紋的位置如圖乙所示。則可求出紅光的波長_ m。圖6解析(1)要測量紅光的波長，應用紅色濾光片。由x可知要想測必須測定雙縫到屏的距離l和條紋間距x。(2)由測量頭的數(shù)據(jù)可知a10，a20.640 mm，所以x mm1.60104 m， m6.86107 m。答案見解析1關于楊氏雙縫干涉實驗，下列說法正確的是()a用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋b用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋c若僅將入射光由紅光改為紫光，則條紋間距一定變大d用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋解析用白光做楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，a錯；用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，b對；變小，x變小，c錯；紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，d錯。答案b2在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上p點的距離之差為0.6 m，若分別用頻率為f15.01014 hz和f27.51014 hz的單色光垂直照射雙縫，則p點現(xiàn)出明、暗條紋的情況是()a用單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)明條紋b用單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋c用單色光f1照射時出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)暗條紋d用單色光f1照射時出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)明條紋解析單色光f1的波長：1 m0.6106 m0.6 m。單色光f2的波長：2 m0.4106 m0.4 m。因p點到雙縫的距離之差x0.6 m1，所以用單色光f1照射時p點出現(xiàn)亮條紋。x0.6 m2，所以用單色光f2照射時p點出現(xiàn)暗條紋，故選項c正確。答案c3如圖7所示，用單色光做雙縫干涉實驗，p處為第二條暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實驗(其他條件不變)時，則同側第二條暗條紋的位置()圖7a仍在p處b在p點上方c在p點下方d要將屏向雙縫方向移近一些才能看到解析由知f變小，變大。若出現(xiàn)第二條暗條紋，則p到雙縫的光程差r，當變大時，r也要變大，故第二條暗條紋的位置向上移，在p點上方，b正確。答案b4在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，若已知雙縫間的距離d。(1)若測定綠光的波長，應選用_色的濾光片。實驗時需要測定的物理量有_和_。(2)已知雙縫到光屏之間的距離l500 mm，雙縫之間的距離d0.50 mm，單縫到雙縫之間的距離s100 mm，某同學在用測量頭測量時，調整手輪，在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準a條亮紋的中心，然后他繼續(xù)轉動，使分劃板中心刻線對準b條亮紋的中心，前后兩次游標卡尺的讀數(shù)如圖8所示。則入射光的波長_m(結果保留兩位有效數(shù)字)。圖8(3)實驗中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測量，可以采用的改善辦法有_。a改用波長較長的光(如紅光)作為入射光b增大雙縫到屏的距離c增大雙縫到單縫的距離d增大雙縫間距解析(1)由于測量綠光的波長，因此應用綠色濾光片。由x可知要想測必須測定雙縫到屏的距離l和條紋間距x。(2)游標卡尺讀數(shù)精確度為0.1 mm，a位置主尺讀數(shù)為11 mm，游標尺讀數(shù)為1，讀數(shù)為x111 mm10.1 mm11.1 mm，同理b位置讀數(shù)為x215.6 mm，則條紋間距x0.64 mm，利用x6.4107 m。(3)由x可知，要增大條紋間距，可用波長更長的入射光或增大雙縫到屏的距離，故選項a、b正確。答案(1)綠雙縫到屏的距離相鄰條紋間距(2)6.4107(3)ab選擇題(在每小題給出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的。)1用兩個紅燈泡照射白墻，在墻上看到的是()a明暗相間的條紋 b彩色條紋c一片紅光 d晃動的條紋解析兩燈泡不是相干光源故現(xiàn)象為c。答案c2下列關于雙縫干涉實驗的說法中，正確的是()a單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源b雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源c光屏上相距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋d照射單縫的單色光的頻率越高，光屏上出現(xiàn)的條紋寬度越寬解析單縫的作用是產(chǎn)生一個線光源，兩個頻率相同的光源稱為相干光源，選項a錯誤；雙縫的作用是產(chǎn)生兩個頻率相同、振動情況相同的相干光源，選項b正確；路程差等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，選項c錯誤；頻率越高，波長越短，條紋寬度越窄，選項d錯誤。答案b3用a、b兩種單色光分別照射同一雙縫干涉裝置，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖1所示的干涉圖樣，其中圖甲是a光照射形成的，圖乙是b光照射形成的，則關于a、b兩束單色光，下列說法中正確的是()圖1aa光的頻率比b光的大b在水中a光傳播的速度比b光的大c水對a光的折射率比b光的大db光的波長比a光的短解析從題圖可以看出，a光的條紋間距小，說明a光的波長小，頻率大，選項d錯誤，a正確；水對頻率低的單色光的折射率小，即水對b光的折射率小，選項c正確；折射率小的光在水中的傳播速度大，即b光在水中的傳播速度大，選項b錯誤。答案ac4一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側還有彩色條紋，其原因是()a各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同b各色光的速度不同，造成條紋的間距不同c各色光的強度不同，造成條紋的間距不同d各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同解析各色光的頻率不同，波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋相間得到彩色條紋。答案a5用單色光做雙縫干涉實驗時()a屏上到雙縫的路(光)程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)明條紋b屏上到雙縫的路(光)程差等于半波長整數(shù)倍處，可能是明條紋，也可能是暗條紋c屏上的明條紋一定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方d屏上的明條紋是兩列光波的波峰與波谷相遇的地方解析在雙縫干涉實驗中，屏上到雙縫的路(光)程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)明條紋，是振動加強處，不一定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方，a選項正確，c選項錯誤；屏上到雙縫的路(光)程差等于半波長整數(shù)倍處，可能是半波長的奇數(shù)倍(暗條紋)，也可能是半波長的偶數(shù)倍(明條紋)，b選項正確；兩列光波的波峰與波谷相遇的地方，應是暗條紋，d選項錯誤。答案ab6用綠光做雙縫干涉實驗，在光屏上呈現(xiàn)出綠、暗相間的條紋，相鄰兩條綠條紋間的距離為x。下列說法中正確的有()a如果增大單縫到雙縫間的距離，x將增大b如果增大雙縫之間的距離，x將增大c如果增大雙縫到光屏之間的距離，x將增大d如果換成紅光做實驗，實驗裝置不變，x將增大解析根據(jù)公式x可以判斷出越大則條紋間距越大，而紅光的波長大于綠光的波長，因此d正確；d增大則x減小，因此b錯；l增大則x增大，因此c正確，而單縫到雙縫的距離不影響條紋間距，因此a錯。答案cd7如圖2所示，在雙縫干涉實驗中，若單縫s從雙縫s1、s2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，則()圖2a不再產(chǎn)生干涉條紋b仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋p的位置不變c仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋p的位置略向上移d仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋p的位置略向下移解析本實驗中單縫s的作用是形成頻率一定的線光源，雙縫s1、s2的作用是形成相干光源，稍微移動s后，沒有改變傳到雙縫的光的頻率，因此s1、s2射出的仍是相干光，則單縫s發(fā)出的光到達屏上p點下方某點的光程差為零，故中央亮紋下移。答案d8雙縫干涉實驗裝置如圖3所示，綠光通過單縫s后，投射到有雙縫的擋板上，雙縫s1和s2與單縫s的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上o點距雙縫s1和s2的距離相等，p點是距o點的第一條亮條紋，如果將入射的單色光換成紅光或藍光，已知紅光波長大于綠光波長，綠光波長大于藍光波長，則下列說法正確的是()圖3ao點是紅光的亮條紋b紅光的第一條亮條紋在p點的上方co點不是藍光的亮條紋d藍光的第一條亮條紋在p點的上方解析由于o點到雙縫的光程差為零，所以為各種色光的亮條紋，a正確；p點由于是綠光的第一條亮條紋，紅光的波長大于綠光的波長，紅光的條紋間距大于綠光的條紋間距，因此b正確；同理可知，c、d錯誤。答案ab9某同學用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如圖4甲所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如圖乙所示。他改變的實驗條件可能是()圖4a減小光源到單縫的距離b減小雙縫之間的距離c減小雙縫到光屏之間的距離d換用頻率更高的單色光源解析改變條件后亮條紋之間的間距變大，由公式x可知，要使x增大，可增大雙縫到光屏之間的距離l，c錯；減小雙縫之間的距離d，b對；換用波長更長，即