新教材高中物理第5章光的干涉衍射和偏振第2節(jié)科學(xué)測量用雙縫干涉測光的波長課件魯科版選擇性

第2節(jié)科學(xué)測量:用雙縫干涉測光的波長第5章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.會(huì)調(diào)節(jié)各個(gè)儀器共軸,單、雙縫平行。(科學(xué)探究)2.能正確安裝、使用測量頭,會(huì)讀數(shù)。(科學(xué)探究)3.會(huì)用“累積法”測量微小距離,進(jìn)而測量亮條紋間距,光的波長。(科學(xué)探究)課前篇自主預(yù)習(xí)自主閱讀一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測量光的波長。2.學(xué)習(xí)測量微小距離的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀(包括:光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃光屏等)、測量頭(包括:分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、米尺。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.觀察雙縫干涉圖樣(1)將光源、遮光筒、毛玻璃光屏依次安放在光具座上,如圖所示。(2)接好光源,打開開關(guān),使燈絲正常發(fā)光。(3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。(4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫的縫平行,兩者間距5~10cm,這時(shí)可觀察白光的干涉條紋及圖樣的特點(diǎn)。(5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋?？礂l紋色彩、間距的變化、相鄰亮條紋(或暗條紋)的間距是否相等。2.測量單色光的波長(1)安裝測量頭,調(diào)節(jié)至清晰觀察到干涉條紋。(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)a1,將該條紋記為第1條亮紋;轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2,將該條紋記為第n條亮紋,則相鄰兩亮條紋間距五、數(shù)據(jù)處理1.用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)。2.將測得的l、d、Δy代入λ=Δy,求出光的波長。重復(fù)測量、計(jì)算,求出波長的平均值。3.換用不同顏色濾光片,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。六、誤差分析1.光波的波長很小,Δy、l的測量對波長λ的影響很大。2.在測量l時(shí),一般用毫米刻度尺;而測Δy時(shí),用千分尺且采用“累積法”。3.多次測量求平均值。七、注意事項(xiàng)1.雙縫干涉儀是比較精密的儀器,應(yīng)輕拿輕放,不要隨便拆解遮光筒、測量頭等元件。2.濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵,應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦去。3.安裝時(shí),注意調(diào)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,間距大約5~10cm。4.調(diào)節(jié)的基本依據(jù):照在像屏上的光很弱。主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致。干涉條紋不清晰的主要原因一般是單縫與雙縫不平行。5.測量頭在使用時(shí),應(yīng)使中心刻度線對應(yīng)著亮(暗)條紋的中心。6.光源燈絲最好為線狀燈絲,并與單縫平行靠近。自我檢測正誤判斷(1)單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源。(

)答案

×(2)雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源。(

)答案

√(3)光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋。(

)答案

×(4)在光屏上能看到光的干涉圖樣,但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生。(

)答案

×課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一對實(shí)驗(yàn)裝置及原理的考查典例剖析例題1在用雙縫干涉測光的波長實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如圖):(1)下列說法錯(cuò)誤的是

。(填選項(xiàng)前的字母)

A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時(shí),應(yīng)放上單縫和雙縫B.測量某條干涉亮紋位置時(shí),應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條(2)測量某亮紋位置時(shí),手輪上的示數(shù)如圖,其示數(shù)為

mm。

解析

(1)應(yīng)先調(diào)節(jié)光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項(xiàng)A不正確。測微目鏡分劃板中心刻線應(yīng)與亮紋中心對齊,使得移動(dòng)過程測出的條紋間距較為準(zhǔn)確,選項(xiàng)B正確。測微目鏡移過n條亮紋,則亮條紋間距Δx=,選項(xiàng)C正確。故選A。(2)主尺讀數(shù)是1.5

mm,螺旋讀數(shù)是47.0×0.01

mm,因此示數(shù)為1.970

mm。答案

(1)A

(2)1.970探究二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析典例剖析例題2在用雙縫干涉測光的波長實(shí)驗(yàn)中,將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用縫間距d=0.20mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離l=700mm。然后,接通電源使光源正常工作。甲

(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第一次映入眼簾的干涉條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號,此時(shí)圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1=1.16mm;接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,映入眼簾的干涉條紋如圖丙(a)所示,此時(shí)圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2=

mm。

乙

丙(2)利用上述測量結(jié)果,經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋(或暗紋)間的距離Δx=

mm;這種色光的波長λ=

nm。

答案

(1)15.02

(2)2.31

6.6×102當(dāng)堂檢測1.(多選)某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,在光屏上卻觀察不到干涉圖樣,這可能是由于(

)A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度C.單縫與雙縫不平行D.光源發(fā)出的光束太強(qiáng)解析

光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干涉圖樣。選項(xiàng)A、C正確。答案

AC2.(多選)某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后,觀察光的干涉現(xiàn)象,獲得成功。若他在此基礎(chǔ)上對儀器的安裝有如下改動(dòng),則仍能使實(shí)驗(yàn)成功的是(

)A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)少許,其他不動(dòng)B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動(dòng)C.將單縫向雙縫移動(dòng)少許,其他不動(dòng)D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動(dòng)解析

干涉條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動(dòng)光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動(dòng)情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干涉的條件,故D錯(cuò)誤。答案

ABC3.雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離l1=100mm,雙縫與屏的距離l2=700mm,雙縫間距d=0.25mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板左右移動(dòng),讓分劃板的中心刻線對準(zhǔn)亮紋的中心(如圖乙所示),記下此時(shí)手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)另一條亮紋的中心,記下此