2018-2019學年高中物理 第13章 光 13.4 實驗 用雙縫干涉測量光的波長課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、4實驗:用雙縫干涉測量光的波長,【實驗目的】1.觀察不同單色光的雙縫干涉圖樣。2.觀察雙縫距離不同時的干涉圖樣。3.掌握用公式Δx=λ測定單色光的波長的方法。,,【實驗原理】如圖所示,與兩縫之間的距離d相比,每個狹縫都很窄,寬度可以忽略。,,兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點為P0,雙縫到屏的距離OP0=l。相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx=λ。已知雙縫間距d,再測出雙縫到屏的距離l和條紋間距Δx,就可以求得光波的波長。,,【實驗器材】雙縫干涉儀,即光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭。另外,還有學生電源、導線、刻度尺等。,【實驗過程】一、實驗步驟(1)將光源、

2、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)出的光能沿軸線到達光屏。(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。,,二、數據處理(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條紋的中央,記下手輪上的讀數a1,將該條紋記為第1條亮紋;轉動手輪,使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央,記下此時手輪上的讀數a2,將該條紋記為第n條亮紋,則相鄰兩亮條紋間距

3、Δx=||。,,(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)。(4)重復測量、計算,求出波長的平均值。,,【誤差分析】(1)光波的波長很小,Δx、l的測量對波長λ的影響很大。(2)在測量l時,一般用毫米刻度尺;而測Δx時,用千分尺且采用“累積法”。(3)多次測量求平均值。,,【注意事項】(1)雙縫干涉儀是比較精密的儀器,應輕拿輕放,不要隨便拆解遮光筒、測量頭等元件。(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵,應用擦鏡紙輕輕擦去。,,(3)安裝時,注意調節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上,并使單縫、雙縫平行且豎直,間距大約5～10cm。(4)調節(jié)的基本依據:照在像屏上的

4、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所致。干涉條紋不清晰的主要原因一般是單縫與雙縫不平行。,,(5)測量頭在使用時應使中心刻度線對應著亮(暗)條紋的中心。(6)光源燈絲最好為線狀燈絲,并與單縫平行靠近。,熱點一實驗裝置與原理【典例1】(多選)(2018濟寧高二檢測)利用圖中裝置研究雙縫干涉現象時,有下面幾種說法,其中正確的是(),,A.將屏移近雙縫,干涉條紋間距變窄B.將濾光片由藍色的換成紅色的,干涉條紋間距變寬C.將單縫向雙縫移動一小段距離后,干涉條紋間距變寬D.換一個兩縫之間距離較大的雙縫,干涉條紋間距變窄E.去掉濾光片后,干涉現象消失,,【正確解答】選A、B、D。由

5、條紋間距公式Δx=λ可知:當將屏移近雙縫時,屏與雙縫間的距離l減小,條紋間距Δx變窄,故選項A正確;將濾光片由藍色的換成紅色的,由于紅色的波長大,所以條紋間距Δx變寬,故選項B正確;將單縫向雙縫移動一小段距離后,對條紋間距Δx沒有影響,故選項C錯誤;當兩雙縫間距離d增大時,,,條紋間距Δx變窄,故選項D正確;濾光片的作用是為了得到單色光,去掉濾光片后,干涉條紋成為彩色條紋,故選項E錯誤。,,熱點二實驗數據處理【典例2】某同學設計了一個測定激光的波長的實驗裝置如圖甲所示,激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進入一個一端裝有雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒,感光片的位置上出現一排等距的亮點,圖乙中的黑

6、點代表亮點的中心位置。,,,(1)這個現象說明激光具有________性。(2)通過測量相鄰亮點的距離可算出激光的波長,據資料介紹,如果雙縫的縫間距離為a,雙縫到感光片的距離為L,感光片上相鄰兩亮點間的距離為b,則激光的波長λ=________。該同學測得L=1.0000m、縫間距a=0.220mm,用帶十分度游標的卡尺測感光片上的亮點的距離時,尺與亮點的中心位置如圖乙所示。(圖中黑,,點表示亮點的中心)圖乙中第1到第4個光點的距離是________mm。實驗中激光的波長λ=________m。(保留兩位有效數字)(3)如果實驗時將紅激光換成藍激光,屏上相鄰兩光點間的距離將________。,

7、,【正確解答】(1)激光能夠發(fā)生干涉,說明激光具有波動性。(2)由Δx=λ可得λ=Δx,將d=a,Δx=b代入可得λ=;圖乙中游標卡尺是10個等分刻度,精確度為0.1mm,讀數為8mm+0.15mm=8.5mm;故b=mm=2.83mm,所以λ==6.210-7m。,,(3)將紅激光換成藍激光后波長變短,由Δx=λ可知,屏上相鄰兩光點間的距離Δx將變小。答案:(1)波動(2)8.56.210-7(3)變小,,熱點三實驗操作與誤差分析【典例3】(2018西安高二檢測)現有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件,要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量

8、紅光的波長。,,(1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學元件,由左至右,表示各光學元件的字母排列順序應為C、________、A。(2)本實驗所用的濾光片應選用________色濾光片,實驗時需要測量的物理量是________和________。,,(3)本實驗的步驟有:①取下遮光筒左側的元件,調節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;②按合理順序在光具座上放置各光學元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上;③用米尺測量雙縫到屏的距離;,,④用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮(暗)條紋間的距離。在操作步驟②時還應注意_________________________

9、____和______________。,,【正確解答】(1)濾光片E是從白光中選出單色紅光,單縫屏是獲取線光源,雙縫屏是獲得相干光源,最后成像在毛玻璃屏上,所以排列順序為:C、E、D、B、A。(2)紅色濾光片能透過紅光,而吸收其他顏色的光,所以應選用紅色濾光片。根據實驗原理,實驗時需要測量的物理量有:雙縫到屏的距離和n條亮(暗)條紋的距離。,,(3)在操作步驟②時應注意的事項有:放置單縫、雙縫時,必須使單縫與雙縫相互平行,且單縫、雙縫距離為5～10cm;要使光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上。,答案:(1)E、D、B(2)紅雙縫到屏的距離n條亮(暗)條紋的距離(3)單縫和雙縫間距為5～10cm使單縫與雙縫相互平行,