13.4实验用双缝干涉测量光的波长.ppt

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1、第第4节节实验实验:用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长 1共 39 页一、实验目的一、实验目的 观察白光、单色光的干涉图样，测定单色光的波长观察白光、单色光的干涉图样，测定单色光的波长二、实验原理二、实验原理 双缝干涉条纹间距公式双缝干涉条纹间距公式x三、实验器材三、实验器材 双缝干涉仪双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻、学生电源、导线、刻度尺度尺2共 39 页三三 实验器材实验器材光源光源 滤光片滤光片 单缝遮光筒单缝遮光筒 光屏及光具座光屏及光具座,如下

2、图所示如下图所示.3共 39 页四四 实验过实验过程程1.观观察光的干涉察光的干涉图样图样(1)按照上按照上图图所示的装置安装好所示的装置安装好仪仪器器.(2)接通接通电电源源,闭闭合开关合开关,使灯使灯丝丝正常正常发发光光.(3)调调整各器件的高度整各器件的高度,使光源灯使光源灯丝发丝发出的光能沿出的光能沿轴线轴线到达光到达光屏屏.(4)安装安装单缝单缝和双和双缝缝,中心大致位于遮光筒的中心大致位于遮光筒的轴线轴线上上,使双使双缝缝与与单缝单缝平行平行,两者之两者之间间距离距离约为约为5 cm10 cm,这时这时可可观观察白光察白光的干涉条的干涉条纹纹.(5)在在单缝单缝和光源之和光源之间间

3、放上放上滤滤光片光片,观观察察单单色光的干涉条色光的干涉条纹纹.4共 39 页15205100202515图（丙）第第1 1条条时时读读数数第第4 4条条时时读读数数1520510030354045图（乙）螺旋测微器螺旋测微器的读数的读数的读数的读数 三、测定单色光的波长三、测定单色光的波长(1)安装好测量头安装好测量头 调节至可清晰观察到干涉条纹调节至可清晰观察到干涉条纹.5共 39 页XXXXXX6共 39 页(2)条条纹间纹间距用距用测测量量头测头测出出,如如图测图测量量头头由分划板由分划板,目目镜镜,手手轮轮等等构成构成,转动转动手手轮轮,分划板会左右移分划板会左右移动动,测测量量时应

4、时应使分划板中心使分划板中心刻刻线对齐线对齐某条亮条某条亮条纹纹中心中心,记记下此下此时时手手轮轮上的上的读读数数a1,转动转动手手轮轮,使分划板中心刻使分划板中心刻线线移至另一条亮条移至另一条亮条纹纹中央中央,记记下此下此时时手手轮轮的的读读数数a2;并并记记下两次下两次测测量的亮量的亮(或暗或暗)条条纹纹数数n.则则相相邻邻两条亮两条亮(或暗或暗)条条纹间纹间距距7共 39 页(3)用刻度尺用刻度尺测测量双量双缝缝到光屏到光屏间间的距离的距离l.(4)将将l x代入公式代入公式求出光的波求出光的波长长.(5)重复重复测测量量,计计算算,求出波求出波长长的平均的平均值值.(6)换换用不同用不

5、同颜颜色的色的滤滤光片光片,观观察干涉条察干涉条纹纹的异同的异同,求出相求出相应应的的波波长长.8共 39 页核心要点突破核心要点突破一、注意事项一、注意事项1放置单缝和双缝时，必须使缝平行放置单缝和双缝时，必须使缝平行2要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上在同一条轴线上3测量头的中心刻线要对应着亮测量头的中心刻线要对应着亮(或暗或暗)纹的中心纹的中心4要多测几个亮纹要多测几个亮纹(或暗纹或暗纹)中心间的距离，再求中心间的距离，再求x.5调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与

6、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行行9共 39 页二、误差分析二、误差分析1(1)测双缝到屏的距离测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选带来的误差，可通过选用用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差小误差(2)通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差2测条纹间距测条纹间距x带来的误差带来的误差(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度干涉条纹没有调到最清晰的程度(2)分划板刻线与干涉条纹不

7、平行，中心刻线没有分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心恰好位于条纹中心(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确测量多条亮条纹间距离时读数不准确10共 39 页典典 例例 分分 析析 一一 实验仪实验仪器的器的选择选择与使用与使用例例1:用双用双缝缝干涉干涉测测光的波光的波长长,实验实验中采用双中采用双缝缝干涉干涉仪仪,它包括以它包括以下元件下元件:A.白白炽炽灯灯 B.单缝单缝片片 C.光屏光屏 D.双双缝缝 E.滤滤光片光片(其中双其中双缝缝和光屏和光屏连连在遮光筒上在遮光筒上)(1)把以上元件安装在光具座上把以上元件安装在光具座上时时,正确的排列正确的排列顺顺序是序是:A

8、_(A已写好已写好).(2)正确正确调节调节后后,在屏上在屏上观观察到察到红红光干涉条光干涉条纹纹,用用测测量量头测头测出出10条条红红亮亮纹间纹间的距离的距离为为a;改用改用绿绿色色滤滤光片光片,其他条件不其他条件不变变,用用测测量量头测头测出出10条条绿绿亮亮纹间纹间的距离的距离为为b,则则一定有一定有_大大于于_.EBDCab11共 39 页二二 实验过实验过程和数据程和数据处处理理例例2:在在“用双用双缝缝干涉干涉测测光的波光的波长长”的的实验实验中中,装置如下装置如下图图所示所示.双双缝间缝间的距离的距离d=3 mm.(1)若测定红光的波长若测定红光的波长,应选用应选用_色的滤光片色

9、的滤光片.实验实验时需要测定的物理量有时需要测定的物理量有:_和和_.红红双缝到屏的距离双缝到屏的距离Ln条亮条亮(或暗或暗)条纹的距离条纹的距离a12共 39 页(2)若若测测得双得双缝缝与屏之与屏之间间距离距离为为0.70 m,通通过测过测量量头头(与螺旋与螺旋测测微器原理相似微器原理相似,手手轮转动轮转动一周一周,分划板前分划板前进进或后退或后退0.500 mm)观观察到第察到第1条亮条亮纹纹的位置如下的位置如下图图(a)所示所示,观观察第察第5条亮条亮纹纹的位置如下的位置如下图图(b)所示所示.则则可求出可求出红红光的波光的波长长=_m.(保留一位有效数字保留一位有效数字)710-7

10、13共 39 页解析解析:(1)若若测测定定红红光的波光的波长长,应应用用红红光光进进行干涉行干涉实验实验,即即选选用用红红色色滤滤光片光片,这样这样通通过滤过滤光片的就只有光片的就只有红红光光,实验实验双双缝缝到屏的到屏的距离距离L n条亮条亮(或暗或暗)条条纹纹的距离的距离a.(2)图图中中(a)的示数的示数为为0,(b)图图示数示数为为0.650 mm.14共 39 页梯梯 度度 练练 习习(学生用学生用书书P55)基基础础强强化化1.某同学做双某同学做双缝缝干涉干涉实验时实验时,按要求安装好按要求安装好实验实验装置后装置后,在光屏在光屏上却上却观观察不到干涉察不到干涉图样图样,这这可能

11、的原因可能的原因()A.光源光源发发出的光束太出的光束太强强B.单缝单缝与双与双缝缝不平行不平行C.没有安装没有安装滤滤光片光片D.光束的中心光束的中心轴轴与遮光筒的与遮光筒的轴线轴线不一致不一致,相差相差较较大大答案答案:BD15共 39 页2.“用双用双缝缝干涉干涉测测光的波光的波长长”的的实验实验中中,为为使光屏上使光屏上单单色光的条色光的条纹间纹间距减小些距减小些,可采用的措施是可采用的措施是()A.换换用用缝缝距大些的双距大些的双缝缝片片B.换换用用缝缝距小些的双距小些的双缝缝片片C.适当适当调调大双大双缝缝与屏之与屏之间间的距离的距离D.适当适当调调小双小双缝缝与屏之与屏之间间的距

12、离的距离答案答案:AD16共 39 页3.在利用在利用测测量量头测头测量条量条纹宽纹宽度度时时,应应使分划板中心刻使分划板中心刻线线最好最好()A.与亮条与亮条纹纹的的边缘对齐边缘对齐B.与暗条与暗条纹纹的的边缘对齐边缘对齐C.与亮条与亮条纹纹的中心位置的中心位置对齐对齐D.与暗条与暗条纹纹的中心位置的中心位置对齐对齐答案答案:C17共 39 页4.在双在双缝缝干涉干涉实验实验中中,双双缝缝的作用是的作用是()A.遮住遮住过过于于强强烈的光烈的光B.使白光使白光变变成成单单色光色光C.形成两个振形成两个振动动情况相同的光源情况相同的光源D.使光使光发发生折射生折射答案答案:C18共 39 页5

13、.右右图图所示所示为为双双缝缝干涉干涉实验实验中中产产生的条生的条纹图样纹图样,甲甲图为图为用光甲用光甲进进行行实验实验的的图样图样,a为为中央亮条中央亮条纹纹.乙乙为换为换用另一种用另一种单单色光乙色光乙进进行行实验实验的的图样图样,a为为中央亮条中央亮条纹纹,则则以下以下说说法正确的是法正确的是()A.乙乙图图条条纹较宽纹较宽,光乙的波光乙的波长长比光甲波比光甲波长长长长B.乙乙图图条条纹较纹较窄窄,光乙的波光乙的波长长比光甲波比光甲波长长长长C.乙乙图图的条的条纹较宽纹较宽,光乙的波光乙的波长长比光甲短比光甲短D.乙乙图图的条的条纹较纹较窄窄,光乙的波光乙的波长长比光甲短比光甲短19共

14、39 页答案答案:A20共 39 页能力提升能力提升6.某次某次实验实验中中,测测得第一得第一级级明条明条纹纹和第三和第三级级明条明条纹纹相距相距4.010-2 m,若双若双缝间缝间距距为为0.1 mm,缝缝到屏的距离到屏的距离为为L=4.0 m,则则光波光波的波的波长为长为()A.8.010-8 m B.5.010-7 mC.1.510-8 m D.1.610-8 m答案答案:B21共 39 页7.如下如下图图所示所示,在在“用双用双缝缝干涉干涉测测光的波光的波长长”的的实验实验中中,光具座光具座上放置的光学元件有光源上放置的光学元件有光源 遮光筒和其他元件遮光筒和其他元件,其中其中a、b、

15、c、d各装置的名称依次是下列各装置的名称依次是下列选项选项中的中的()22共 39 页A.a单缝单缝 b滤滤光片光片 c双双缝缝 d光屏光屏B.a单缝单缝 b双双缝缝 c滤滤光片光片 d光屏光屏C.a滤滤光片光片 b单缝单缝 c双双缝缝 d光屏光屏D.a滤滤光片光片 b双双缝缝 c单缝单缝 d光屏光屏解析解析:a、b、c、d各装置的名称分各装置的名称分别为滤别为滤光片光片 单缝单缝 双双缝缝 光光屏屏,故故C正确正确.答案答案:C23共 39 页8.某同学在做某同学在做“双双缝缝干涉干涉测测定光的波定光的波长长”实验时实验时,第一次分划第一次分划板中心刻度板中心刻度线对齐线对齐第第2条亮条亮纹

16、纹的中心的中心时时(如下如下图图甲中的甲中的A),游游标标卡尺的示数如下卡尺的示数如下图图乙所示乙所示,第二次分划板中心刻度第二次分划板中心刻度线对齐线对齐第第6条亮条亮纹纹的中心的中心时时(如如图图丙中的丙中的B),游游标标卡尺的示数如卡尺的示数如图图丁丁所示所示.已知双已知双缝间缝间距距d=0.5 mm,双双缝缝到屏的距离到屏的距离L=1 m.则则:24共 39 页(1)图图乙中游乙中游标标卡尺的示数卡尺的示数为为_cm.(2)图图丁中游丁中游标标卡尺的示数卡尺的示数为为_cm.(3)所所测测光波的波光波的波长为长为_m(保留两位有效数字保留两位有效数字).1.2501.7756.610-

17、725共 39 页解析解析:(1)图图乙中游乙中游标标卡尺是卡尺是20个分度个分度,精确度精确度0.05 mm,读读数数为为12 mm+0.0510=12.50 mm=1.250 cm.(2)图图丁中丁中读读数数为为17 mm+0.0515=1.775 cm26共 39 页9.用氦用氦氖氖激光器激光器进进行双行双缝缝干涉干涉实验实验,已知使用的双已知使用的双缝间缝间距离距离d=0.1 mm,双双缝缝到屏的距离到屏的距离L=6.0 m,测测得屏上干涉条得屏上干涉条纹纹中中相相邻邻亮亮纹纹的的间间距是距是3.8 cm,氦氦氖氖激光器激光器发发出的出的红红光的波光的波长长是多少是多少?假如把整个装置

18、放入折射率是假如把整个装置放入折射率是 的水中的水中,这时这时屏上屏上的条的条纹间纹间距是多少距是多少?27共 39 页解析解析:由条由条纹间纹间距距x,双双缝间缝间距离距离d,双双缝缝到屏的距离到屏的距离L及波及波长长的关系的关系,可可测测波波长长.同理同理,知道水的折射率知道水的折射率,可知可知该该光在水中光在水中的波的波长长,然后由然后由d、x、L、的关系的关系,可求出条可求出条纹间纹间距距.激光器发出的红光的波长是激光器发出的红光的波长是6.310-7 m.如果整个装置放入水中如果整个装置放入水中,激光器发出的红光在水中的波长设激光器发出的红光在水中的波长设为为,由光的特点可知由光的特

19、点可知:光在传播过程中光在传播过程中,介质发生变化介质发生变化,波长和波长和波速发生改变波速发生改变,但频率不变但频率不变.28共 39 页答案答案:见解析见解析.29共 39 页10.现现有毛玻璃屏有毛玻璃屏A,双双缝缝B 白光光源白光光源C 单缝单缝D和透和透红红光的光的滤滤光片光片E等光学元件等光学元件,要把它要把它们们放在下放在下图图所示的光具座上所示的光具座上组组装成双装成双缝缝干涉装置干涉装置,用以用以测测量量红红光的波光的波长长.30共 39 页(1)将白光光源将白光光源C放在光具座最左端放在光具座最左端,依次放置其他光学元件依次放置其他光学元件,由由左至右左至右,表示各光学元件

20、的字母排列表示各光学元件的字母排列顺顺序序应为应为C _ A.E D B 31共 39 页(2)本本实验实验的的实验实验步步骤骤有有:取下遮光筒左取下遮光筒左侧侧的元件的元件,调节调节光源高度光源高度,使光束能直接沿遮使光束能直接沿遮光筒光筒轴线轴线把屏照亮把屏照亮;按合理按合理顺顺序在光具座上放置各光学元件序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心并使各元件的中心位于遮光筒的位于遮光筒的轴线轴线上上;用米尺用米尺测测量双量双缝缝到屏的距离到屏的距离;用用测测量量头头(其其读读数方法同螺旋数方法同螺旋测测微器微器)测测量数条亮量数条亮纹间纹间的距的距离离.在操作步在操作步骤骤时还应时还应注意

21、注意_和和_.单缝与双缝的间距为单缝与双缝的间距为5 cm10 cm 使单缝与双缝相互平行使单缝与双缝相互平行 32共 39 页(3)将将测测量量头头的分划板中心刻的分划板中心刻线线与某亮与某亮纹纹中心中心对齐对齐,将将该该亮亮纹纹定定为为第第1条亮条亮纹纹,此此时时手手轮轮上的示数如下上的示数如下图图甲所示甲所示.然后同然后同方向方向转动测转动测量量头头,使分划板中心刻使分划板中心刻线线与第与第6条亮条亮纹纹中心中心对齐对齐,记记下此下此时时下下图图乙中手乙中手轮轮上的示数上的示数_mm,求得相求得相邻邻亮亮纹纹的的间间距距为为x为为_mm.13.8702.31033共 39 页(4)已知双已知双缝间缝间距距d为为2.010-4 m,测测得双得双缝缝到屏的距离到屏的距离l为为0.700 m,由由计计算公式算公式=_,求得所求得所测红测红光波光波长为长为_nm.6.6102 34共 39 页解析解析:(1)双双缝缝干涉干涉仪仪各各组组成部分在光具座上的正确排序成部分在光具座上的正确排序为为:光光源源 滤滤光片光片 单缝单缝 双双缝缝 屏屏,因此因此应应填填:E D B.(2)单缝单缝与双与双缝缝的的间间距距为为5 cm10 cm,使使单缝单缝与双与双缝缝相互平行相互平行.(3)甲甲图图的的读读数数为为2.320 mm,乙乙图图的的读读数数为为13.870 mm,35共 39 页