2017-2018学年高中物理第4章光的波动性4.2用双缝干涉仪测定光的波长同步备课课件沪科版选修3-4.ppt

第4章,4.2 用双缝干涉仪测定光的波长,学习目标 1.了解用双缝干涉仪测定光的波长的实验原理. 2.知道影响干涉条纹宽度的因素. 3.观察白光及单色光的干涉图样. 4.能够利用双缝干涉实验测定单色光的波长.,,内容索引,Ⅰ自主预习梳理,Ⅱ 重点知识探究,Ⅲ 当堂达标检测,,自主预习梳理,,,,Ⅰ,1.实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、 、 、 、遮光筒、_____及测微目镜，其中测微目镜又包括：刻度板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺. 2.单色光发生双缝干涉时，相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心距离是Δx＝ .,滤光片,单缝,双缝,光屏,3.条纹间距Δx的测定 如图1甲所示，测微目镜由刻度板、目镜、手轮等构成，测量时先使刻度板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图乙所示，记下手轮上的读数s1；转动手轮，使刻度板中心刻线移至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数s2，得出n个亮条纹间的距离为s＝|s2－s1|，则相邻两亮条纹间距Δx＝_______.,图1,,,,,Ⅱ,重点知识探究,一、实验原理,1.相邻亮条纹(暗条纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导 如图2所示，双缝间距d，双缝到屏的距离L，双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0.对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝L1，PS2＝L2.段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝L2－L1，因d≪L，三角形S1S2M可看作直角三角形，有：L2－L1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ).,,图2,,2.测量原理 由公式Δx＝ λ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；L是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)的中心间距Δx，即可由公式λ＝ Δx计算出入射光波长的大小.,,二、实验步骤,1.按图3所示安装仪器.2.调节光源中心、单缝中心、双缝中心，让它们都位于遮光筒的中心轴线上.,图3,3.使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，使通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测微目镜，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹；撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹). 4.加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使刻度板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使刻度板移动，直到刻度板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过刻度板中心刻度线的条纹数n. 5.将两次手轮的读数相减，求出n个亮(暗)条纹间的距离s，利用公式Δx＝s/(n－1)，算出条纹间距，然后利用公式λ＝ Δx，求出此单色光的波长λ(d、L仪器中都已给出). 6.换用另一滤光片，重复步骤3、4、5，并求出相应的波长.,,三、注意事项,1.单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等. 2.测双缝到屏的距离L时，用毫米刻度尺测多次取平均值. 3.测条纹间距Δx时，用测微目镜测出n条亮(暗)条纹间的距离s，求出相邻的两条亮(暗)条纹间的距离Δx＝ .,,四、误差分析,实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意L和Δx的测量.光波的波长很小，L、Δx的测量对波长的影响很大. 1.L的测量：用毫米刻度尺测量，需要多次测量求平均值. 2.条纹间距Δx的测定 利用测微目镜测量.可利用“累积法”测n条亮(暗)条纹间距s，再求Δx＝ ，并可采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差.,例1 如图4所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹.要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以 A.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光,解析,答案,√,图4,五、典例精析,解析 在双缝干涉实验中，相邻两个亮条纹(或暗条纹)间的中心间距Δx＝ λ，要想增大条纹间距可以减小两缝间距d，或者增大双缝屏到光屏的距离L，或者换用波长更长的光做实验.由此可知，选项C正确，选项A、B、D错误.,例2 在“用双缝干涉仪测定光的波长”的实验中，装置如图5所示.双缝间的距离d＝3 mm.(1)若测定红光的波长，应选用____色的滤光片.实验时需要测定的物理量有________________和________________________________.,,红,双缝到屏的距离L,图5,解析,答案,相邻两条亮(暗)纹中心间的距离Δx,解析 由于测量红光的波长，因此用红色滤光片.由Δx＝ λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离L和相邻两条亮(暗)纹中心间的距离Δx.,(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测微目镜(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，刻度板前进或后退0.500 mm)观察第1条亮条纹的位置如图6甲所示，观察第5条亮条纹的位置如图乙所示.则可求出红光的波长λ＝____________m.,,6.86×10－7,图6,解析,答案,例3 (多选)某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于 A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大 B.没有安装滤光片 C.单缝与双缝不平行 D.光源发出的光束太强,解析,答案,√,√,解析 安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功.当然还要使光源发出的光束不致太暗.综上所述，可知选项A、C正确，B、D错误.,,当堂达标检测,,,,Ⅲ,1.在杨氏双缝干涉实验中，如果 A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C.若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大 D.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹,1,2,√,解析,答案,3,解析 用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错； 用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对. λ变小，Δx变小，C错.红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错.,2.如图7所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的 A.a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏 B.a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏 C.a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏 D.a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏 对于某种单色光，为增加相邻亮纹(或暗纹)之间的距离，可采用的方法是(任写一种方法)_____________________________________.,解析,答案,图7,C 增加双缝到屏的距离或减小双缝间距,1,2,3,解析 a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片、单缝、双缝、光屏，故C正确； 由Δx＝ λ可知，要增加相邻亮纹(或暗纹)的距离，可以增加双缝到屏的距离，也可以减小双缝间距.,1,2,3,3.双缝干涉实验中，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可采取以下办法：(1)____________；(2)____________；(3)______________.为测量红光的波长，现测得屏上6条亮条纹间的距离为7.5 mm，已知双缝间的距离为0.5 mm，双缝到光屏的距离为1 m，则此红光的波长为________.,解析,答案,答案 见解析,1,2,3,解析 在双缝干涉实验中，根据公式Δx＝ λ可知，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可以采取的办法有： (1)使用波长较长的单色光； (2)增加双缝到光屏间距离或选用较长的遮光筒； (3)减小双缝间的距离. 根据测量值，计算相邻条纹间的距离： Δx＝ ＝1.5 mm 再代入公式λ＝ ，求得红光的波长为λ＝7.5×10－7 m,1,2,3,。