新課標(biāo)選修3-4--13.4實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)

1、用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)一一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察雙縫干涉的干涉圖樣觀察雙縫干涉的干涉圖樣2.測(cè)定單色光的波長(zhǎng)測(cè)定單色光的波長(zhǎng)r2-r1=dsinX=LtanLsin當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即的整數(shù)倍，即dx/L=k（k=0,1,2)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：亮條紋，亮條紋位置為：X=kL/dS1S2P1Plr1r2dx二二.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理dLx 三三.數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：n=5 x=a/(n-1)an條亮條紋間的距離條亮條紋間的距離a用累積法用累積法(減小偶然誤差減小偶然誤差)條紋間距條紋間距四四.實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置雙縫干

2、涉儀雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭)、學(xué)生電源、導(dǎo)線(xiàn)、刻度尺等學(xué)生電源、導(dǎo)線(xiàn)、刻度尺等五五.實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成六六.測(cè)量頭使用方法測(cè)量頭使用方法15205100202515圖（丙）第第 1 1 條條時(shí)讀數(shù)時(shí)讀數(shù)第第 4 4 條條時(shí)讀數(shù)時(shí)讀數(shù)1520510030354045圖（乙）2.使用方法使用方法:轉(zhuǎn)動(dòng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,分劃板會(huì)左、右移分劃板會(huì)左、右移動(dòng)動(dòng).測(cè)量時(shí)測(cè)量時(shí),應(yīng)使應(yīng)使分劃板中心刻線(xiàn)分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)齊對(duì)齊條紋的中條紋的中心心

3、(如圖所示如圖所示),記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a1;轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪手輪,使分劃板向一側(cè)移動(dòng)使分劃板向一側(cè)移動(dòng),當(dāng)分劃板中心刻線(xiàn)當(dāng)分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)齊另一條相鄰的對(duì)齊另一條相鄰的條紋中心條紋中心時(shí)時(shí),記下手輪上的記下手輪上的刻度數(shù)刻度數(shù)a2,兩次讀數(shù)之差就是這兩條條兩次讀數(shù)之差就是這兩條條紋間的距離紋間的距離,即：即：1觀察干涉條紋觀察干涉條紋(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上具座上.如圖所示如圖所示七七.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟(2)接好光源接好光源,打開(kāi)開(kāi)關(guān)打開(kāi)開(kāi)關(guān),使燈絲正常發(fā)光使燈絲正常發(fā)光(3)調(diào)節(jié)各器件的高度調(diào)節(jié)各器件的高度,使光

4、源發(fā)出的光能沿軸使光源發(fā)出的光能沿軸線(xiàn)到達(dá)光屏線(xiàn)到達(dá)光屏(4)安裝雙縫和單縫安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的中心大致位于遮光筒的軸線(xiàn)上軸線(xiàn)上,使雙縫與單縫的縫平行使雙縫與單縫的縫平行,二者間距約二者間距約5 cm10 cm,這時(shí)可觀察白光的干涉條紋這時(shí)可觀察白光的干涉條紋(5)在單縫和光源間放上濾光片在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的觀察單色光的干涉條紋干涉條紋2.測(cè)定單色光的波長(zhǎng)測(cè)定單色光的波長(zhǎng)(3)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏的用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏的距離距離l (d已知已知)(1)安裝測(cè)量頭安裝測(cè)量頭,調(diào)節(jié)清晰觀察調(diào)節(jié)清晰觀察到干涉條紋到干涉條紋(2)使分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)齊某條亮條紋的中

5、央使分劃板中心刻線(xiàn)對(duì)齊某條亮條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)記下手輪上的讀數(shù)a1,將該條紋記為第將該條紋記為第1條亮紋條亮紋;轉(zhuǎn)動(dòng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線(xiàn)移至另一亮條紋使分劃板中心刻線(xiàn)移至另一亮條紋的中央的中央,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2,該條紋記為第該條紋記為第n條亮紋條亮紋(4)改變改變d和和l,重復(fù)測(cè)量重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 1.條紋間距條紋間距2.波長(zhǎng)波長(zhǎng)an條亮條紋間的距離條亮條紋間的距離a八八. .注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1 1放置單縫和雙縫時(shí)，必須使縫平行放置單縫和雙縫時(shí)，必須使縫平行2 2要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏

6、的中心在同一條軸線(xiàn)上心在同一條軸線(xiàn)上3 3測(cè)量頭的中心刻線(xiàn)要對(duì)應(yīng)著亮測(cè)量頭的中心刻線(xiàn)要對(duì)應(yīng)著亮( (或暗或暗) )紋的中紋的中心心4 4要多測(cè)幾個(gè)亮紋要多測(cè)幾個(gè)亮紋( (或暗紋或暗紋) )中心間的距離，再求中心間的距離，再求x x. .5 5調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒不要原因是燈絲與單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰一般是因?yàn)閱慰p與雙共軸所致；干涉條紋不清晰一般是因?yàn)閱慰p與雙縫不平行縫不平行（3 3）分劃板刻線(xiàn)與干涉條紋不平行，中心刻）分劃板刻線(xiàn)與干涉條紋不平行，中心刻線(xiàn)沒(méi)有恰好位于

7、條紋中心線(xiàn)沒(méi)有恰好位于條紋中心 （4 4）測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，）測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清 九九. .誤差分析誤差分析1 1雙縫到屏的距離雙縫到屏的距離L L的測(cè)量存在誤差的測(cè)量存在誤差2 2測(cè)條紋間距測(cè)條紋間距x x帶來(lái)的誤差：帶來(lái)的誤差：(1)(1)干涉條紋沒(méi)有調(diào)整到最清晰的程度干涉條紋沒(méi)有調(diào)整到最清晰的程度(2)(2)誤認(rèn)為誤認(rèn)為x x為亮為亮( (暗暗) )條紋的寬度條紋的寬度十十.幾種單色光的干涉條紋幾種單色光的干涉條紋練習(xí)練習(xí):如圖所示雙縫干涉儀如圖所示雙縫干涉儀,其中其中A是白熾電是白熾電燈燈(光源光源)、B是

8、濾光片、是濾光片、E是遮光筒、是遮光筒、F是毛是毛玻璃光屏玻璃光屏(1)圖中圖中C是是_,D是是_,C、D間間距離大約是距離大約是_cm單縫單縫 雙縫雙縫5-10cm(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有：本實(shí)驗(yàn)的步驟有：取下遮光筒左側(cè)的元件取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度調(diào)節(jié)光源高度,使使光束能直接沿遮光筒軸線(xiàn)把屏照亮；光束能直接沿遮光筒軸線(xiàn)把屏照亮；按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線(xiàn)上，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線(xiàn)上;用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離;用測(cè)量頭用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量

9、測(cè)量數(shù)條亮紋間的距離數(shù)條亮紋間的距離.在操作步驟在操作步驟時(shí)還應(yīng)注意時(shí)還應(yīng)注意_和和_。單縫和雙縫間距單縫和雙縫間距5cm10cm 使單縫與雙縫相互平行使單縫與雙縫相互平行 練習(xí)練習(xí):如圖所示雙縫干涉儀如圖所示雙縫干涉儀,其中其中A是白熾電燈是白熾電燈(光源光源)、B是濾光片、是濾光片、E是遮光筒、是遮光筒、F是毛玻璃是毛玻璃光屏光屏(3)如果撤去濾光片如果撤去濾光片B,在屏上看到的是在屏上看到的是_,與與D正中相對(duì)的位置出現(xiàn)的是正中相對(duì)的位置出現(xiàn)的是_,兩側(cè)是兩側(cè)是_.(4)如果把黃色濾光片換成綠色濾光片如果把黃色濾光片換成綠色濾光片,在屏上在屏上觀察到的條紋間距將變觀察到的條紋間距將變_(

10、5)計(jì)算光的波長(zhǎng)的公式是計(jì)算光的波長(zhǎng)的公式是=_.彩色干涉條紋彩色干涉條紋 白色亮條紋白色亮條紋 彩色條紋彩色條紋 變窄變窄 =dx/l(6).如圖所示如圖所示,讓一束單色光射到一個(gè)單孔屏?xí)r讓一束單色光射到一個(gè)單孔屏?xí)r,光從光從小孔出來(lái)小孔出來(lái),射到兩個(gè)小孔離得很近的雙孔屏上射到兩個(gè)小孔離得很近的雙孔屏上,這時(shí)這時(shí)像屏上出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋像屏上出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋,當(dāng)移動(dòng)像屏?xí)r當(dāng)移動(dòng)像屏?xí)r,以下說(shuō)法正確的是以下說(shuō)法正確的是( )A.當(dāng)像屏向雙孔屏略微移動(dòng)時(shí)當(dāng)像屏向雙孔屏略微移動(dòng)時(shí),像屏上的條紋變得像屏上的條紋變得模糊不清模糊不清B.當(dāng)像屏遠(yuǎn)離雙孔屏略微移動(dòng)時(shí)當(dāng)像屏遠(yuǎn)離雙孔屏略微移動(dòng)時(shí)

11、,像屏上的條紋變像屏上的條紋變得模糊不清得模糊不清C.當(dāng)像屏向雙孔屏略微移動(dòng)時(shí)當(dāng)像屏向雙孔屏略微移動(dòng)時(shí),像屏上的條紋仍然清晰像屏上的條紋仍然清晰D.當(dāng)像屏遠(yuǎn)離雙孔屏略微移動(dòng)時(shí)當(dāng)像屏遠(yuǎn)離雙孔屏略微移動(dòng)時(shí),像屏上的條紋仍然清晰像屏上的條紋仍然清晰CD練習(xí)練習(xí).用螺旋測(cè)微器的測(cè)量頭用螺旋測(cè)微器的測(cè)量頭,調(diào)節(jié)分劃調(diào)節(jié)分劃板的位置板的位置,使分劃板的中心刻線(xiàn)對(duì)齊第使分劃板的中心刻線(xiàn)對(duì)齊第一條亮紋的中心一條亮紋的中心,此時(shí)螺旋測(cè)微器的讀此時(shí)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)是數(shù)是 ;將中心刻線(xiàn)向一側(cè)移動(dòng)到第將中心刻線(xiàn)向一側(cè)移動(dòng)到第六條亮紋中心位置六條亮紋中心位置, 讀出的讀數(shù)是讀出的讀數(shù)是4.158mm, 相鄰兩條紋間距相

12、鄰兩條紋間距 x= .2.已知雙縫間距已知雙縫間距d=1.5mm,雙縫到光屏雙縫到光屏的距離的距離L=1.00m, 波長(zhǎng)波長(zhǎng) = nm.1.758mm0.480mm=dx/l7.210-7m練習(xí)練習(xí).用游標(biāo)卡尺用游標(biāo)卡尺(10分度分度)的測(cè)量頭的測(cè)量頭,調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)分劃板的位置分劃板的位置,使分劃板的中心刻線(xiàn)對(duì)使分劃板的中心刻線(xiàn)對(duì)齊第齊第1條亮紋的中心條亮紋的中心(圖圖B),此時(shí)讀數(shù)此時(shí)讀數(shù)是是 ;將中心刻線(xiàn)向一側(cè)移動(dòng)到第將中心刻線(xiàn)向一側(cè)移動(dòng)到第6條亮紋中心位置條亮紋中心位置(圖圖C),讀出的讀數(shù)讀出的讀數(shù)是是 ; 相鄰兩條紋間距相鄰兩條紋間距 x= .2.已知雙縫間距已知雙縫間距d=0.2mm,

13、雙縫到光雙縫到光屏的距離屏的距離L=0.60m, 波長(zhǎng)波長(zhǎng) = nm.19.4mm1.8mm=dx/l6.010-7m28.4mm練習(xí)練習(xí).用游標(biāo)卡尺用游標(biāo)卡尺(10分度分度)的測(cè)量頭的測(cè)量頭,調(diào)調(diào)節(jié)分劃板的位置節(jié)分劃板的位置,使分劃板的中心刻線(xiàn)使分劃板的中心刻線(xiàn)對(duì)齊第對(duì)齊第1條亮紋的中心條亮紋的中心(圖圖B),此時(shí)讀數(shù)此時(shí)讀數(shù)是是 ;將中心刻線(xiàn)向一側(cè)移動(dòng)到第將中心刻線(xiàn)向一側(cè)移動(dòng)到第6條亮紋中心位置條亮紋中心位置(圖圖C),讀出的讀數(shù)讀出的讀數(shù)是是 ; 相鄰兩條紋間距相鄰兩條紋間距 x= .2.已知雙縫間距已知雙縫間距d=0.2mm,雙縫到光雙縫到光屏的距離屏的距離L=0.60m, 波長(zhǎng)波長(zhǎng)

14、= nm.19.4mm1.8mm=dx/l6.010-7m28.4mm練習(xí)練習(xí):在在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(1)以下幾點(diǎn)中你認(rèn)為正確的是以下幾點(diǎn)中你認(rèn)為正確的是A.燈絲和單縫及雙縫必須平行放置燈絲和單縫及雙縫必須平行放置B.干涉條紋與雙縫垂直干涉條紋與雙縫垂直C.干涉條紋疏密程度與雙縫寬度有關(guān)干涉條紋疏密程度與雙縫寬度有關(guān)D.干涉條紋間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)干涉條紋間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)ACD(2)如果測(cè)量頭中的分劃板中心刻線(xiàn)與如果測(cè)量頭中的分劃板中心刻線(xiàn)與干涉條紋不在同一方向上干涉條紋不在同一方向上,如圖所示如圖所示.則則在這種

15、情況下測(cè)量干涉條紋的間距在這種情況下測(cè)量干涉條紋的間距x時(shí)時(shí),測(cè)量值測(cè)量值_實(shí)際值實(shí)際值.(填填“大于大于”、“小于小于”或或“等于等于”)由幾何知識(shí)可知測(cè)量頭的由幾何知識(shí)可知測(cè)量頭的讀數(shù)讀數(shù)大于大于條紋間的實(shí)際距離條紋間的實(shí)際距離若其他讀數(shù)無(wú)誤差若其他讀數(shù)無(wú)誤差,則波長(zhǎng)則波長(zhǎng)測(cè)量值測(cè)量值偏大偏大=dx/l練習(xí)練習(xí):在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若單縫若單縫S從雙縫從雙縫S1、S2的中央對(duì)稱(chēng)軸的位置稍微向上移動(dòng)的中央對(duì)稱(chēng)軸的位置稍微向上移動(dòng),則則( )A.不會(huì)產(chǎn)生干涉條紋不會(huì)產(chǎn)生干涉條紋B.仍然產(chǎn)生干涉條紋仍然產(chǎn)生干涉條紋,且中央亮紋且中央亮紋P的位置的位置不變不變C.仍然產(chǎn)生干涉條紋仍然

16、產(chǎn)生干涉條紋,中央亮紋中央亮紋P的位置略的位置略上移上移D.仍然產(chǎn)生干涉條紋仍然產(chǎn)生干涉條紋,中央亮紋的位置略下中央亮紋的位置略下移移D游標(biāo)卡尺的構(gòu)造游標(biāo)卡尺的構(gòu)造01234567890012345678910外測(cè)腳外測(cè)腳內(nèi)測(cè)腳內(nèi)測(cè)腳深度測(cè)腳深度測(cè)腳游標(biāo)尺游標(biāo)尺主尺主尺(1)50分度游標(biāo)尺上每一個(gè)小等分的分度游標(biāo)尺上每一個(gè)小等分的長(zhǎng)度是長(zhǎng)度是 ,每一刻度比主尺的最每一刻度比主尺的最小刻度相差小刻度相差 ,精度是精度是 . 最大誤差最大誤差 .估讀到估讀到 位位.0.98mm0.02mm0.02mm0.01mm0.01mm游標(biāo)卡尺的測(cè)量精度游標(biāo)卡尺的測(cè)量精度游標(biāo)卡尺的測(cè)量范圍約游標(biāo)卡尺的測(cè)量范圍

17、約 .主尺的最小分度是主尺的最小分度是 .十幾厘米十幾厘米1mm(3)10分度游標(biāo)尺上每一個(gè)小等分的分度游標(biāo)尺上每一個(gè)小等分的長(zhǎng)度是長(zhǎng)度是 ,每一刻度比主尺的每一刻度比主尺的最小刻度相差最小刻度相差 ,準(zhǔn)確到準(zhǔn)確到 .最大誤差最大誤差 .估讀到估讀到 位位.0.9mm0.1mm0.1mm0.05mm0.01mm只需讀到只需讀到0.1mm,可不估讀到可不估讀到0.01mm(2)20分度游標(biāo)尺上每一個(gè)小等分的分度游標(biāo)尺上每一個(gè)小等分的長(zhǎng)度是長(zhǎng)度是 ,每一刻度比主尺的最每一刻度比主尺的最小刻度相差小刻度相差 ,精度是精度是 .最大誤差最大誤差 .估讀到估讀到 位位.0.95mm0.05mm0.05mm0.025