【全程复习】(广西专用)2014年高考物理一轮复习 第十四章 实验二用双缝干涉测光的波长课件 新人教版.ppt

实验二 用双缝干涉测光的波长1.1.了解光波产生稳定干涉现象的条件，能安装和调试仪器了解光波产生稳定干涉现象的条件，能安装和调试仪器2.2.观察白光及单色光的双缝干涉图样观察白光及单色光的双缝干涉图样3.3.掌握由公式掌握由公式 测波长的方法测波长的方法1 1光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经单缝、双缝后光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经单缝、双缝后在屏上产生稳定的干涉图样在屏上产生稳定的干涉图样2 2根据由公式根据由公式 推导出的推导出的 可以计算出单色光的可以计算出单色光的波长波长.公式中公式中d d为双缝间距离，为双缝间距离，xx为相邻两条亮（暗）纹间的距为相邻两条亮（暗）纹间的距离，离，l为双缝到屏的距离，实验中的为双缝到屏的距离，实验中的d d是已知的，因此只要测出是已知的，因此只要测出l、xx即可测出光的波长即可测出光的波长.x.x可由测量头测出的可由测量头测出的n n条亮（暗）纹的条亮（暗）纹的宽度宽度a a，利用计算式，利用计算式 求出求出双缝干涉仪（即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光双缝干涉仪（即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏）、学生电源、导线、有毫米刻度的米尺、测量筒、毛玻璃屏）、学生电源、导线、有毫米刻度的米尺、测量头头.一、实验步骤一、实验步骤1 1观察双缝干涉图样观察双缝干涉图样（1 1）把直径约）把直径约10 cm10 cm、长约、长约1 cm1 cm的遮光筒水平放在光具座上，的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，如图所示筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，如图所示.（2 2）取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束）取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.（3 3）放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离约为）放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离约为5 510 cm10 cm，使，使单缝和双缝平行，中心大致位于遮光筒的轴线上单缝和双缝平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.这时在屏上观这时在屏上观察白光的双缝干涉图样察白光的双缝干涉图样.（4 4）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉图样，分）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉图样，分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化.2 2测定单色光的波长测定单色光的波长（1 1）安装测量头（测量头由分划板、目）安装测量头（测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示），调节至镜、手轮等构成，如图所示），调节至可清晰观察到干涉条纹可清晰观察到干涉条纹.（2 2）使分划板中心刻度线对齐某条亮条纹的中央，记下轮上的）使分划板中心刻度线对齐某条亮条纹的中央，记下轮上的读数读数a a1 1，移动手轮，使分划板中心刻度线移动，记下移动的条，移动手轮，使分划板中心刻度线移动，记下移动的条纹数纹数n n和移动后手轮的读数和移动后手轮的读数a a2 2，a a1 1和和a a2 2之差之差a a即为即为n n条亮纹的间距条亮纹的间距.（3 3）用米尺测出双缝到屏的距离）用米尺测出双缝到屏的距离l，多次测量取平均值，多次测量取平均值.（4 4）换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离变化，并）换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离变化，并求出相应的波长求出相应的波长.二、数据处理二、数据处理1.1.条纹间距：条纹间距：2.2.波长计算：由波长计算：由 得得这个实验的误差主要是由两个测量产生的，即：这个实验的误差主要是由两个测量产生的，即：（1 1）使用毫米刻度尺测量双缝到屏的距离会产生误差，可多次）使用毫米刻度尺测量双缝到屏的距离会产生误差，可多次测量取平均值减小误差测量取平均值减小误差.（2 2）在使用测量头调整分划板中心刻度线是否与条纹中心线对）在使用测量头调整分划板中心刻度线是否与条纹中心线对齐时会产生误差，条纹数目齐时会产生误差，条纹数目n n选取多些、并多次测量取平均值可选取多些、并多次测量取平均值可减小误差减小误差.由于光波的波长非常小，由于光波的波长非常小，l和和xx的测量对波长的影响很大，因的测量对波长的影响很大，因此测量时要非常谨慎此测量时要非常谨慎.1 1双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件遮光筒、测量头等元件2 2安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝相互平行光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝相互平行3 3滤光片、单缝、双缝等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软布轻滤光片、单缝、双缝等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软布轻轻擦去轻擦去4 4光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近5 5双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应用时要加以区别一种相当于游标卡尺，具体应用时要加以区别应用双棱镜进行干涉实验应用双棱镜进行干涉实验1.1.实验器材实验器材钠光灯、双棱镜、可调狭缝、凸透镜、毛玻璃屏、测微目镜、钠光灯、双棱镜、可调狭缝、凸透镜、毛玻璃屏、测微目镜、读数显微镜、白炽灯、氦氖激光器、短焦距扩束透镜、光具座、读数显微镜、白炽灯、氦氖激光器、短焦距扩束透镜、光具座、滑块等滑块等.2 2实验原理实验原理双棱镜是由玻璃制成的等腰三角形棱镜，有两个非常小的小棱双棱镜是由玻璃制成的等腰三角形棱镜，有两个非常小的小棱角（约角（约11）和一个非常大的钝角）和一个非常大的钝角.其干涉光路如图所示，其干涉光路如图所示，经钠经钠光灯光灯N N照明，从狭缝照明，从狭缝S S发出的单色光经双棱镜发出的单色光经双棱镜B B折射后形成两束相折射后形成两束相干光，它们相当于从狭缝干光，它们相当于从狭缝S S的两个虚像的两个虚像S S1 1和和S S2 2射出的两束相干光，射出的两束相干光，在两束光的重叠区域发生干涉，结果在观察屏在两束光的重叠区域发生干涉，结果在观察屏P P上形成等间距的上形成等间距的明暗交替的直线状干涉条纹明暗交替的直线状干涉条纹.3 3实验光路实验光路实验光路如图所示，实验光路如图所示，N N是钠光灯，是钠光灯，S S为宽度可调的狭缝，为宽度可调的狭缝，B B是双棱是双棱镜（镶嵌在一金属框内，棱脊方位可微调），镜（镶嵌在一金属框内，棱脊方位可微调），E E是测微目镜，是测微目镜，L L为凸透镜为凸透镜.为了便于调节和测量，将所有仪器、元件都安装在光为了便于调节和测量，将所有仪器、元件都安装在光具座上具座上.双棱镜干涉实验与双缝干涉实验的原理基本相同，不同之处在双棱镜干涉实验与双缝干涉实验的原理基本相同，不同之处在于双棱镜干涉是以两个虚像为两个相干光源代替两条狭缝，两于双棱镜干涉是以两个虚像为两个相干光源代替两条狭缝，两个虚像光源之间的距离即为狭缝之间的距离，其他情况基本相个虚像光源之间的距离即为狭缝之间的距离，其他情况基本相同同.干涉图样及明暗条纹宽度的变化干涉图样及明暗条纹宽度的变化【例证例证1 1】（20122012浦东新区模拟）在观察光的双缝干涉现象的浦东新区模拟）在观察光的双缝干涉现象的实验中：实验中：（1 1）将激光束照在如图所示的双缝上，在光屏上观察到的现象）将激光束照在如图所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图中的（是图中的（）（2 2）换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光）换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将屏上观察到的条纹宽度将 ；保持双缝间隙不变，减小；保持双缝间隙不变，减小双缝到光屏的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将双缝到光屏的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将 （以（以上空格均选填上空格均选填“变宽变宽”、“变窄变窄”或或“不变不变”）.【规范解答规范解答】（1 1）激光是单色相干光，单色光的双缝干涉图样）激光是单色相干光，单色光的双缝干涉图样为等间距的明暗条纹，故为等间距的明暗条纹，故A A正确正确.（2 2）由双缝干涉条纹间距公式）由双缝干涉条纹间距公式 可知，在光波波长不变可知，在光波波长不变及保持双缝到光屏的距离不变的情况下，减小双缝间距及保持双缝到光屏的距离不变的情况下，减小双缝间距d d，xx增大，即增大，即xx变宽；在光波波长不变及保持双缝间隙不变的情况变宽；在光波波长不变及保持双缝间隙不变的情况下，减小双缝到光屏的距离下，减小双缝到光屏的距离l，则，则xx变窄变窄.答案：答案：（1 1）A A （2 2）变宽）变宽 变窄变窄 测量头使用和测量数据的处理测量头使用和测量数据的处理【例证例证2 2】某同学设计了一个测定激光波长的实验，装置如图所某同学设计了一个测定激光波长的实验，装置如图所示，激光器发出一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双示，激光器发出一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒内，感光片的位置上出现一排缝、另一端装有感光片的遮光筒内，感光片的位置上出现一排等距的亮线等距的亮线（1 1）这个现象说明激光具有性）这个现象说明激光具有性 （2 2）某同学在做）某同学在做“用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分划实验时，第一次分划板中心刻度线对齐板中心刻度线对齐A A条纹中心线时如图甲所示，游标卡尺的示数如条纹中心线时如图甲所示，游标卡尺的示数如图丙所示；第二次分划板中心刻度线对齐图丙所示；第二次分划板中心刻度线对齐B B条纹中心线时如图乙所条纹中心线时如图乙所示，游标卡尺的示数如图丁所示已知双缝间距为示，游标卡尺的示数如图丁所示已知双缝间距为0.5 mm0.5 mm，从双，从双缝到屏的距离为缝到屏的距离为1 m1 m，则图丙中游标卡尺的示数为，则图丙中游标卡尺的示数为 mmmm图图丁中游标卡尺的示数为丁中游标卡尺的示数为 mm.mm.实验时测量多条干涉条纹宽度实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是的目的是_，所测光波的波长为，所测光波的波长为_ m.m.（保留两位有效（保留两位有效数字）数字）（3 3）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两亮条纹的距）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两亮条纹的距离将离将_._.【规范解答规范解答】（1 1）依题意知实验发生了干涉现象，说明激光器）依题意知实验发生了干涉现象，说明激光器发出的是相干光发出的是相干光.（2 2）图丙中游标卡尺的示数为：）图丙中游标卡尺的示数为：11 mm+0.111 mm+0.14 mm=11.4 mm4 mm=11.4 mm图丁中游标卡尺的示数为：图丁中游标卡尺的示数为：16 mm+0.116 mm+0.17 mm=16.7 mm7 mm=16.7 mm实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量时的偶然误差实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量时的偶然误差.由公式由公式 得得6.66.610107 7 m m（3 3）如果实验时将红激光换成蓝激光，由于）如果实验时将红激光换成蓝激光，由于减小，则减小，则xx变变小小.答案：答案：（1 1）相干）相干 （2 2）11.4 16.7 11.4 16.7 减小测量时的偶然误差减小测量时的偶然误差6.66.610107 7 （3 3）变小）变小 1.1.在用单色光做双缝干涉的实验中，屏中央（到两缝距离相等在用单色光做双缝干涉的实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（第一级暗纹，那么（）A.A.第三级暗纹到两缝距离之差为波长的第三级暗纹到两缝距离之差为波长的1.51.5倍倍B.B.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的第三级亮纹到两缝距离之差为波长的1.51.5倍倍C.C.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2 2倍倍D.D.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的第三级亮纹到两缝距离之差为波长的3 3倍倍【解析解析】选选D.D.根据出现亮暗条纹的条件：当根据出现亮暗条纹的条件：当时，在屏上时，在屏上P P点出现亮条纹点出现亮条纹.n=0.n=0时，在屏中央出现第零级亮纹，时，在屏中央出现第零级亮纹，n=1n=1时，在屏上出现第一级亮纹，当时，在屏上出现第一级亮纹，当时，在屏上出现暗条纹，时，在屏上出现暗条纹，n=1n=1时，在屏上出现第一级暗纹，时，在屏上出现第一级暗纹，n=2n=2时，在屏上出现第二级暗纹时，在屏上出现第二级暗纹.综上所述，综上所述，A A、B B、C C错，错，D D正确正确.2.2.（20102010江苏高考）如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激江苏高考）如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为光的波长为5.30105.3010-7-7 m,m,屏上屏上P P点距双缝点距双缝S S1 1和和S S2 2的路程差为的路程差为7.95107.9510-7-7 m.m.则在这里出现的应是则在这里出现的应是 （选填（选填“明条纹明条纹”或或“暗条纹暗条纹”）.现改用波长为现改用波长为6.30106.3010-7-7 m m的激光进行上述实的激光进行上述实验验,保持其他条件不变保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将则屏上的条纹间距将 （选填（选填“变宽变宽”、“变窄变窄”或或“不变不变”）.【解析解析】由由 可知可知,路程差是半波长的奇数倍路程差是半波长的奇数倍,是暗条纹是暗条纹.由由 变大变大,x,x变大变大.答案：答案：暗条纹暗条纹 变宽变宽3.3.在开展探究性学习的活动中，小明和冬英分别设计了在开展探究性学习的活动中，小明和冬英分别设计了观察观察光的干涉现象光的干涉现象的实验的实验.（1 1）小明设计的实验装置如图所示，）小明设计的实验装置如图所示，注意调节使它们的中心注意调节使它们的中心在同一条直线上在同一条直线上.小明利用图中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法中正小明利用图中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法中正确的是（确的是（）A.A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B.B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽C.C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D.D.换一个两缝间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄换一个两缝间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是（用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是（）A.A.相邻干涉明条纹之间的距离相等相邻干涉明条纹之间的距离相等B.B.中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2 2倍倍C.C.去掉滤光片后，干涉现象消失去掉滤光片后，干涉现象消失D.D.去掉单缝后，实验效果不变去掉单缝后，实验效果不变小明反复调整装置，直到像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，小明反复调整装置，直到像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，当移动像屏时，下列说法中正确的是（当移动像屏时，下列说法中正确的是（）A A当像屏向双缝略微移近时，像屏上的干涉条纹将变得模糊不当像屏向双缝略微移近时，像屏上的干涉条纹将变得模糊不清清B B当像屏向双缝略微远离时，像屏上的干涉条纹将变得模糊不当像屏向双缝略微远离时，像屏上的干涉条纹将变得模糊不清清C C当像屏向双缝略微移近时，像屏上的干涉条纹依然清晰当像屏向双缝略微移近时，像屏上的干涉条纹依然清晰D D当像屏向双缝略微远离时，像屏上的干涉条纹依然清晰当像屏向双缝略微远离时，像屏上的干涉条纹依然清晰（2 2）冬英设计的实验如图所示，其中）冬英设计的实验如图所示，其中S S为为单色光源，单色光源，A A为一个顶角略小于为一个顶角略小于180180的等的等腰三角形棱镜，腰三角形棱镜，P P为光屏为光屏.S.S位于棱镜对称轴位于棱镜对称轴上，屏与棱镜底边平行，调节光路，可在屏上观察到干涉条纹，上，屏与棱镜底边平行，调节光路，可在屏上观察到干涉条纹，这是由于光源这是由于光源S S发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时两发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时两个分别位于图中个分别位于图中S S1 1和和S S2 2位置的相干光源所发出的光的叠加，（位置的相干光源所发出的光的叠加，（S S1 1和和S S2 2的连线与棱镜底边平行的连线与棱镜底边平行.）已知）已知S S1 1和和S S2 2的位置可由其他的位置可由其他实验方法确定，类比实验方法确定，类比“双缝干涉测波长双缝干涉测波长”的实验，可以推测出的实验，可以推测出若要利用若要利用“双棱镜干涉双棱镜干涉”测量光源测量光源S S发出的单色光的波长时，需发出的单色光的波长时，需要测量的物理量是要测量的物理量是 、_ 和和 .【解析解析】（1 1）由公式由公式 可知，可知，d d、不变时，不变时，l减小，减小，xx减小，故减小，故A A正确正确.将滤光片由蓝色换成红色，即将滤光片由蓝色换成红色，即增大，则增大，则xx增大，故增大，故B B正确正确.由于单缝到双缝距离的变化对由于单缝到双缝距离的变化对xx没有影响，没有影响，故故C C错错.在在l、不变时，不变时，d d增大，增大，xx减小，故减小，故D D正确；正确；由公式由公式 可知，单色光的干涉条纹是等间距的，故可知，单色光的干涉条纹是等间距的，故B B错，错，A A正确正确.去掉滤光片后，就是白光的干涉，干涉图样是彩色的，去掉滤光片后，就是白光的干涉，干涉图样是彩色的，故故C C错错.在去掉单缝后，白炽灯上各点光源都可照到双缝上，都在去掉单缝后，白炽灯上各点光源都可照到双缝上，都可成为相干光源，每个点光源在屏上都会产生干涉图样，相叠可成为相干光源，每个点光源在屏上都会产生干涉图样，相叠加的结果可能观察不到干涉图样，故加的结果可能观察不到干涉图样，故D D错；错；干涉现象的发生与干涉现象的发生与屏至双缝间距无关，不管它们之间的距离是移近些还是移远些，屏至双缝间距无关，不管它们之间的距离是移近些还是移远些，都会有清晰的干涉图样，故都会有清晰的干涉图样，故A A、B B错，错，C C、D D正确；正确；（2 2）双棱镜干涉实验与双缝干涉实验计算条纹间距公式一样，）双棱镜干涉实验与双缝干涉实验计算条纹间距公式一样，都是都是 因此要测量波长，必须测量因此要测量波长，必须测量S S1 1与与S S2 2间的距离，间的距离，S S1 1（或（或S S2 2）与光屏间的距离，干涉条纹间距）与光屏间的距离，干涉条纹间距.答案：答案：（1 1）A A、B B、D A CD A C、D D （2 2）S S1 1与与S S2 2间的距间的距离离 S S1 1（或（或S S2 2）与光屏间的距离）与光屏间的距离 干涉条纹间距干涉条纹间距4.4.（20122012北海模拟）如图表示某双缝干涉的实验装置，当用北海模拟）如图表示某双缝干涉的实验装置，当用波长为波长为0.4 m0.4 m的紫光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中的紫光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中央亮条纹外，两侧只看到各有央亮条纹外，两侧只看到各有3 3条亮条纹，若换用波长为条亮条纹，若换用波长为0.6m0.6m的橙光做实验，那么该像屏上除中央亮条纹外，两侧各有几条的橙光做实验，那么该像屏上除中央亮条纹外，两侧各有几条亮条纹？亮条纹？【解析解析】设用波长为设用波长为0.4 m0.4 m的光入射，条纹宽度为的光入射，条纹宽度为xx1 1，则，则 屏上两侧各有屏上两侧各有3 3条亮纹，则屏上第三条亮纹到中心距条亮纹，则屏上第三条亮纹到中心距离为离为3x3x1 1.用用0.6 m0.6 m光入射，设条纹宽度为光入射，设条纹宽度为xx2 2，则，则 设此时屏设此时屏上有上有x x条亮纹，则有条亮纹，则有xxxx2 23x3x1 1所以所以代入数据解得代入数据解得x x2 2，所以两侧各有所以两侧各有2 2条亮纹条亮纹答案：答案：2 2条条