2019版高中物理第十三章4實驗用雙縫干涉測量光的波長課件新人教版選修3_4.pptx

1、4.實驗:用雙縫干涉測量光的波長,1.了解“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗原理,知道影響干涉條紋寬度的因素。 2.經(jīng)歷用雙縫干涉測量光的波長的實驗過程,加深對雙縫干涉圖樣的認識和理解,加強合作意識。,1,2,1.觀察雙縫干涉圖樣 (1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如圖所示。 (2)接好光源,打開開關,使燈絲正常發(fā)光。 (3)調節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒的軸線射到光屏上。 (4)安裝雙縫和單縫,使光源、單縫及雙縫的中心大致位于遮光筒的中心軸線上,使雙縫與單縫的縫平行,二者間距約510 cm,這時,可觀察到白光的干涉條紋。 (5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色

2、光的干涉條紋。,1,2,2.測定單色光的波長 (1)安裝測量頭,調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。 (2)使分劃板中心刻線對齊某條亮紋中心時,記下手輪上的讀數(shù)a1;轉動手輪,使分劃板中心刻線移動至另一條亮紋的中心時,記下此時手輪上的讀數(shù)a2;并記下兩次測量時移過的條紋數(shù)n,則相鄰兩亮 (3)用刻度尺測量雙縫到毛玻璃屏間的距離l(d是已知的)。,(5)換用不同濾光片,重復實驗。,1,2,本實驗中為什么不直接測x? 提示：由于光的波長很小,實驗中條紋間距很小,無法直接測出,只能先測出n個條紋間距,再求相鄰亮條紋間的距離。,一,二,三,一、實驗原理 光波波長很小,x、l的測量對波長的影響很大。l用毫米刻度

3、尺測量,x用測量頭上的游標尺測量,可測多條亮條紋間距離再求x,采用多次測量求的平均值法,可減小誤差。 實驗原理分析: 如圖所示,電燈發(fā)出的光,經(jīng)過濾光片后變成單色光,把單縫S照亮,這時單縫S相當于一單色光源,它又把雙縫S1和S2照亮,S1、S2雙縫相當于兩個步調完全一致的單色相干光源,透過S1、S2雙縫的單色光波在屏上相遇并疊加,S1、S2到屏上P點的路程分別是r1、r2,兩列光波傳到P的路程差r=|r1-r2|,設光波波長為。,一,二,三,(1)若r=n(n=0,1,2,),兩列波傳到P點時同相,互相加強,出現(xiàn)亮條紋。,一,二,三,兩條相鄰的亮(暗)條紋間的距離x用測量頭測出。測量頭由分劃板

4、、目鏡、手輪等構成,如圖甲所示。 轉動手輪,分劃板會左、右移動,測量時,應使分劃板中心刻線對齊亮條紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù)a1,轉動手輪,使分劃板向一側移動,當分劃板中心刻線對齊另一條相鄰的亮條紋的中心時,記下手輪上的刻度數(shù)a2,兩次讀數(shù)之差就是相鄰兩條亮條紋間的距離,即x=|a1-a2|。x很小,直接測量時相對誤差較大,通常測出n條亮條紋間的距離a,再推算相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離,一,二,三,特別警示計算相鄰亮條紋的距離時要用n條亮條紋的距離a除以亮條紋間距個數(shù)(n-1)。為了減小誤差,實驗中x、l都應測量多組數(shù)據(jù),最后求的平均值。,一,二,三,二、實驗注意事項 1.

5、調節(jié)雙縫干涉儀時,要注意調節(jié)光源的高度,使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。 2.放置單縫和雙縫時,縫要相互平行,中心大致位于遮光筒的軸線上。 3.調節(jié)測量頭時,應使分劃板中心刻線對齊條紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù),轉動測量頭,使分劃板中心刻線對齊另一條紋的中心,記下此時手輪上的讀數(shù),兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離。 4.不要直接測x,要測幾個條紋的間距計算出x,這樣可減小誤差。 5.白光的干涉觀察到的是彩色條紋,其中白色在中央,紅色在最外層。,一,二,三,特別警示在實驗中有時照在光屏上的光很弱,主要原因是燈絲與單縫、雙縫,測量頭與遮光筒不共軸線;干涉條紋不清晰一般是單縫與雙

6、縫不平行所致,故應正確調節(jié)。,一,二,三,三、雙縫干涉圖樣的特點 1.單色光的干涉圖樣。 若用單色光作光源,則干涉條紋是明暗相間的條紋,且條紋間距相等。中央為亮條紋,兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長有關,波長越長,條紋間距越大。,一,二,三,2.白光的干涉圖樣。 若用白光作光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中央條紋是白色的。這是因為: (1)從雙縫射出的兩列光波中,各種色光都能形成明暗相間的條紋,各種色光都在中央亮紋處形成亮條紋,從而復合成白色條紋。 (2)兩側條紋間距與各色光的波長成正比,即紅光的亮條紋間距寬度最大,紫光的亮條紋間距寬度最小,即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合,這樣便形成

7、了彩色干涉條紋。 特別警示用白光做干涉實驗,從紅光到紫光其波長由大到小,它們的干涉條紋間距也是從大到小,屏中央各色光都得到加強,復合成白色,但兩側因條紋間距不同而分開成彩色,而且同一級條紋內紫外紅。,類型一,類型二,光的干涉條件及現(xiàn)象,【例1】如圖所示,用單色光做雙縫干涉實驗時,P處為第二條亮條紋,改用頻率較高的單色光重做實驗(其他條件不變)時,則第二條亮條紋的位置() A.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亮條紋,類型一,類型二,解析：光波的頻率變高,則光波波長變短。,所以,第二條亮條紋的位置在P點的下方。 答案：C,射光的波長、雙縫間距離d、雙縫

8、到光屏的距離l。,類型一,類型二,雙縫干涉實驗測量光波波長,【例2】 在用雙縫干涉測光的波長的實驗中:已知雙縫到光屏之間的距離是600 mm,雙縫之間的距離是0.20 mm,單縫到雙縫之間的距離是100 mm,某同學在用測量頭測量時,先將測量頭目鏡中看到的分劃板中心刻線對準某條亮條紋(記作第1條)的中心,這時手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后他轉動測量頭,使分劃板中心刻線對準第7條亮條紋的中心,這時手輪上的示數(shù)如圖乙所示。這兩次示數(shù)依次為 mm和 mm。由此可以計算出本實驗所用的單色光的波長為 nm。,類型一,類型二,點撥：熟練、準確地讀取游標卡尺、螺旋測微器的示數(shù)是完成本實驗的重要基本功。,解析：測量頭為螺旋測微器,題圖甲示數(shù)為a1=0