新教材人教版高中物理選擇性必修第一冊(cè) 4.4實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng) 教學(xué)課件

1、第四章 光4.4 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)1.知道“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)原理以及影響干涉條紋間距的因素. 2.知道實(shí)驗(yàn)中各器材的作用，會(huì)用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng). （重點(diǎn)）學(xué)習(xí)目標(biāo)一、實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀，即光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭。另外，還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺等。新課講解光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片（裝在單縫前）成為單色光，把單縫照亮。單縫相當(dāng)于一個(gè)線光源，它又把雙縫照亮。來(lái)自雙縫的光在雙縫右邊的空間發(fā)生干涉。遮光筒的一端裝有毛玻璃屏，我們可以在這個(gè)屏上觀察到干涉條紋，并由 x 計(jì)算出光的波長(zhǎng)。透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。各實(shí)驗(yàn)器材的作用：

2、一、實(shí)驗(yàn)思路一、實(shí)驗(yàn)思路組裝實(shí)驗(yàn)儀器：根據(jù) x可知，本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量是雙縫到屏的距離 l 和相鄰兩條亮條紋間的距離x（雙縫間的距離 d 已知）。具體操作如下。l 的測(cè)量 雙縫到屏的距離 l 可以用刻度尺測(cè)出。 x 的測(cè)量 相鄰兩條亮條紋間的距離x 需用測(cè)量頭測(cè)出。測(cè)量頭通常有兩（圖 ），但都由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板會(huì)左右移動(dòng)。二、物理量的測(cè)量測(cè)量頭測(cè)量時(shí)，應(yīng)使分劃板的中心刻線與條紋的中心對(duì)齊（圖 ），記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。然后轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與另一條紋的中心對(duì)齊，再次記下手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差表示這兩個(gè)條紋間的距離 x。為了減小測(cè)量誤差，可測(cè)多個(gè)亮條紋

3、間的距離，再求出相鄰兩個(gè)條紋間的距離。例如，可測(cè)出 n 個(gè)亮條紋間的距離 a，再求出相鄰兩個(gè)亮條紋間的距離 x 。分劃板中心刻線二、物理量的測(cè)量 實(shí)驗(yàn)前先取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度和角度，使它發(fā)出的光束沿著遮光筒的軸線把屏照亮。然后放好單縫和雙縫。注意使單縫與雙縫相互平行，盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上。 做好以上調(diào)整后，在單縫與光源之間放上濾光片就可以觀察到單色光的雙縫干涉圖樣（圖 ）。三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不同雙縫、不同色光的雙縫干涉條紋 測(cè)量雙縫到屏的距離 l 和相鄰兩條亮條紋間的距離 x。 分別改變?yōu)V光片的顏色和雙縫的距離，觀察干涉條紋的變化，并求出相應(yīng)的波長(zhǎng)。三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不同雙縫、不

4、同色光的雙縫干涉條紋演示視頻三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。d 是已知的，l 和 n 個(gè)亮條紋間的距離 a 是直接測(cè)量值。由 x 可以求出相鄰兩個(gè)亮條紋間的距離x。最后，根據(jù) x算出波長(zhǎng)。四、數(shù)據(jù)分析1單縫、雙縫應(yīng)相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心軸線上，雙縫到單縫的距離應(yīng)相等2測(cè)雙縫到屏的距離l時(shí)，用毫米刻度尺多次測(cè)量取平均值3測(cè)條紋間距x時(shí)，采用累積法，即用測(cè)量頭測(cè)出n條亮條紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮條紋間的距離x .五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 用光傳感器可以更方便地演示雙縫干涉現(xiàn)象。 圖是實(shí)驗(yàn)裝置圖（實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行）。光源在鐵架臺(tái)的最上端，中間是刻有雙縫的擋板，下面是光傳感器。這個(gè)實(shí)驗(yàn)

5、的光路是自上而下的。 圖中帶有白色狹長(zhǎng)矩形的小盒是光傳感器，沿矩形的長(zhǎng)邊分布著許多光敏單元。傳感器各個(gè)光敏單元得到的光照信息經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，在顯示器上顯示出來(lái)。拓展學(xué)習(xí)用光傳感器做雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)用傳感器和計(jì)算機(jī)觀察雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)裝置 根據(jù)顯示器上干涉圖像的條紋間距，可以算出光的波長(zhǎng)。 與右圖的方法相比，這種方法除了同樣可以測(cè)量條紋間距外，它還可以方便、形象地展示亮條紋的分布，并能測(cè)出傳感器上各點(diǎn)的光照強(qiáng)度。 拓展學(xué)習(xí)用光傳感器做雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)例1、(多選)利用如圖所示裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象并測(cè)量光的波長(zhǎng)，下列說(shuō)法中正確的是( )A實(shí)驗(yàn)裝置中的元件分別為濾光片、單縫、雙縫B將濾光片由紫色換成紅色，

6、干涉條紋間距變寬C將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬D測(cè)量過(guò)程中，誤將5個(gè)條紋間距數(shù)成6個(gè)，波長(zhǎng)測(cè)量值偏大AB當(dāng)堂小練【答案】AB【解析】濾光片的作用是使入射光變成單色光，單縫的作用是使入射光變成線光源，雙縫的作用是形成相干光源，其排列順序是濾光片、單縫、雙縫，A正確；將濾光片由紫色換成紅色，透過(guò)的單色光波長(zhǎng)變長(zhǎng)，根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式x 知，干涉條紋間距x變寬，B正確；將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離，由x 可知，干涉條紋間距與此距離無(wú)關(guān)，故干涉條紋間距不變，C錯(cuò)誤；測(cè)量過(guò)程中，誤將5個(gè)條紋間距數(shù)成6個(gè)，導(dǎo)致x變小，則波長(zhǎng)測(cè)量值偏小，D錯(cuò)誤。例2、在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖所示。雙縫間的距離d3 mm。(1)若測(cè)定紅光的波長(zhǎng)，應(yīng)選用_色的濾光片。紅(2)若測(cè)得雙縫與屏之間的距離為0.70 m，通過(guò)測(cè)量頭(與螺旋測(cè)微器原理相似，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，分劃板前進(jìn)或后退0.500 mm)觀察第1條亮紋的位置如圖甲所示，觀察第5條亮紋的位置如圖乙所示，則可求出紅光的波長(zhǎng)_ m。(保留三位有效數(shù)字)6.86107【答案】(1) 紅 （2） 6.86107【解析】(1)若測(cè)紅