4.4 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng) 課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

新人教版選擇性必修一第四章光第4節(jié)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)光發(fā)生雙縫干涉時(shí)，相鄰兩條亮紋間距△x、雙縫間距d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長(zhǎng)λ滿足：，下面我們利用這個(gè)結(jié)果，通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)二、光的折射新課引入S1S2P1Pld新課講授1.實(shí)驗(yàn)裝置：濾光片學(xué)習(xí)任務(wù)一：實(shí)驗(yàn)思路新課講授2.實(shí)驗(yàn)原理：

單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮（暗）紋間的距離?x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長(zhǎng)λ之間滿足：學(xué)習(xí)任務(wù)一：實(shí)驗(yàn)思路1.l的測(cè)量：雙縫到屏的距離l可以用刻度尺測(cè)出。濾光片l學(xué)習(xí)任務(wù)二：物理量的測(cè)量新課講授2.?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)量。兩種測(cè)量頭都由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。學(xué)習(xí)任務(wù)二：物理量的測(cè)量

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4.4-3），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)亮條紋間的距離，再求出相鄰兩個(gè)條紋間的距離。新課講授1.將光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示：濾光片學(xué)習(xí)任務(wù)三：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)2.接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。3.調(diào)節(jié)各元件的高度，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。5.在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。學(xué)習(xí)任務(wù)三：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)新課講授6.用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)。7.調(diào)節(jié)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與某條(記為第1條)亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)測(cè)量頭刻度x1，再記下第n

條亮紋中心位置x2；則第1條亮紋與第n

條亮紋中心間距為a=x2-x1，則相鄰亮紋間距為：學(xué)習(xí)任務(wù)三：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù)四：數(shù)據(jù)分析①查看雙縫間的距離d，測(cè)量雙縫到屏的距離l，利用公式求出該單色光的波長(zhǎng)②重復(fù)實(shí)驗(yàn)，求出波長(zhǎng)的平均值③換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋的異同，求出相應(yīng)的波長(zhǎng).數(shù)據(jù)記錄紅光綠光第1次第2次第1次第2次雙縫間距d/m雙縫片到屏的距離l/m手輪讀數(shù)a1/m手輪讀數(shù)a2/m移動(dòng)條紋數(shù)n-1相鄰亮條紋間距Δx/m波長(zhǎng)a/m波長(zhǎng)平均值λ/m學(xué)習(xí)任務(wù)四：數(shù)據(jù)分析新課講授2.誤差分析：(1)l的測(cè)量誤差:本實(shí)驗(yàn)中雙縫到光屏的距離較長(zhǎng),l的測(cè)量誤差不太大,但也應(yīng)選用毫米刻度尺測(cè)量.并用多次測(cè)量求出平均值的辦法減小實(shí)驗(yàn)誤差.(2)測(cè)量條紋間距Δx帶來的誤差:①干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度.②分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心.③測(cè)量多條亮條紋間距時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確.學(xué)習(xí)任務(wù)四：數(shù)據(jù)分析新課講授3.注意事項(xiàng):(1)放置單縫和雙縫時(shí),必須使縫平行.(2)要保證光源?濾光片?單縫?雙縫和光屏的中心軸在遮光筒的軸線上.(3)測(cè)量頭的分劃板中心刻線要對(duì)準(zhǔn)條紋的中心.學(xué)習(xí)任務(wù)四：數(shù)據(jù)分析新課講授實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示

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)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。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)裝置新課講授拓展學(xué)習(xí)1．用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，得到不同色光、不同雙縫的干涉條紋，如圖甲、乙、丙所示。甲、乙為不同單色光通過相同雙縫產(chǎn)生的條紋，乙、丙為同種單色光通過不同雙縫產(chǎn)生的條紋，則（）A．若單縫和雙縫不平行，毛玻璃上沒有干涉條紋B．在遮光筒中沒有干涉現(xiàn)象發(fā)生C．甲圖單色光波長(zhǎng)小于乙圖單色光波長(zhǎng)D．乙圖雙縫間距小于丙圖雙縫間距C課堂練習(xí)當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練2、(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)，下列說法中正確的是(

)A．實(shí)驗(yàn)裝置中的①②③元件分別為濾光片、單縫、雙縫B．將濾光片由紫色換成紅色，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)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練3.我們用如圖所示的裝置來做“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn).(1)將實(shí)驗(yàn)儀器按要求安裝在光具座上,則在圖甲中A、B處分別應(yīng)該安裝的器材和濾光片的位置分別是

.

A.A處為雙縫、B處為單縫,濾光片在光源和凸透鏡之間B.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在A和B之間C.A處為雙縫,B處為單縫、濾光片在遮光筒內(nèi)D.A處為單縫、B處為雙縫、濾光片在凸透鏡和A之間[解析]為獲取兩個(gè)單色線光源,A處應(yīng)為單縫、B處應(yīng)為雙縫,濾光片在凸透鏡和A之間.故選D.

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練(2)若在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,某同學(xué)觀察到以下圖像,即測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,若繼續(xù)移動(dòng)目鏡觀察,將會(huì)使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差,所以需要對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整,使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上,下面操作中可行的有

.

A.調(diào)節(jié)撥桿方向B.其他不動(dòng),測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度C.其他不動(dòng),遮光筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度D.將遮光筒與測(cè)量頭整體旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度[解析]因?yàn)橛星逦母缮鎴D樣,所以不用調(diào)節(jié)撥桿方向,題中問題是分劃板中心線與干涉條紋不平行,所以應(yīng)調(diào)節(jié)測(cè)量頭使干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上,所以其他不動(dòng),將測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度,或者其他不動(dòng),將遮光筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小角度,A、D錯(cuò)誤,B、C正確.

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練(3)已知雙縫間距離d=0.20mm,雙縫到毛玻璃屏間的距離為l=75.0cm,如圖丙所示,實(shí)驗(yàn)時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭上的手輪,使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線對(duì)準(zhǔn)圖丁所示的第1條明條紋,此時(shí)卡尺的主尺和游標(biāo)的位置如圖戊所示,然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線向右邊移動(dòng),直到對(duì)準(zhǔn)第5條明條紋,如圖丁所示,此時(shí)卡尺的主尺和游標(biāo)的位置如圖己所示,則游標(biāo)卡尺上的讀數(shù)x2=

mm.由以上已知數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù),則該單色光的波長(zhǎng)是

m.

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練4.雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)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(cè)量頭來測(cè)量亮條紋中心的距離。測(cè)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(duì)準(zhǔn)亮條紋的中心(如圖乙所示),記下此時(shí)手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭,使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)另一條亮紋的中心,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練(1)分劃板的中心刻線分別對(duì)準(zhǔn)第1條和第4條亮條紋的中心時(shí),手輪上的讀數(shù)如圖丙所示,