1、,第十三章 光,4实验：用双缝干涉测量光的波长,1.掌握双缝干涉条纹间距的计算公式及推导过程. 2.掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项.,学科素养与目标要求,物理观念：,科学思维：,科学探究：,会利用双缝干涉实验测量单色光的波长，加深对双缝干涉的理解.,1.根据用双缝干涉实验测波长的原理，会选用实验器材、规范实验操作. 2.能进行分组、自主、合作探究，并对信息进行数据处理.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,技能储备 明确原理 提炼方法,题型演练 学以致用 实训演练,达标检测 检测评价 达标过关,技能储备,如图1所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略.,一、实
2、验原理,图1,两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0l.则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：x . 若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距x，就可以求得光波的波长.,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、测量头.另外，还有学生电源、导线、刻度尺等.,二、实验器材,1.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示.,三、实验步骤,图2,2.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光. 3.调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.,4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距510
3、cm，这时可观察白光的干涉条纹. 5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.,四、数据处理,1.安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹. 2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻两亮条纹间距x . 3.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的). 4.重复测量、计算，求出波长的平均值.,五、误差分析,1.光波的波长很小，x、l的测量对波长的影响很大. 2.在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测x时，用千分尺且采用“累积法”. 3.多
4、次测量求平均值.,六、注意事项,1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件. 2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去. 3.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、双缝平行且竖直，间距大约510 cm. 4.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱.主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致.干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行. 5.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心. 6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近.,题型演练,例1(多选)(2017全国卷)在双缝干
5、涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是 A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动,一、双缝干涉条纹间距问题,解析根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距x 可知，要使x增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A、C、D正确，B、E错误.,例2在杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.89107 m，双缝间的距离d1 mm，双缝到屏的距离l2 m，则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为_.,1.178102 m,x1.17810
6、3 m， 则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距为x10 x1.178102 m.,二、实验原理与操作,例3在“用双缝干涉测量光的波长”实验中(实验装置如图3)，下列说法错误的是 A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中 心时，应放上单缝和双缝 B.测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分 划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐 C.为了减小测量误差，可用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮 条纹间距x D.将滤光片放在单缝与双缝之间不改变实验结果,图3,解析调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误； 测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮
7、条纹的中心对齐，故B正确； n条亮条纹之间有n1个间距，相邻两条亮条纹的间距x ，故C正确； 根据实验原理知D正确.,三、实验数据处理,例4在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm.某同学正确操作后，在目镜中看到如图4甲所示的干涉条纹.换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的_(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm.沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是_ mm，紫光的波长等于_ nm.,图4,D,19.40
8、,420,解析由干涉条纹间距x 可知，换上紫色滤光片后，在其他条件不变的情况下，间距变小，干涉条纹变密，分划板应该在正中央，所以为D.,学科素养本题考查了用双缝干涉测量光的波长实验，回顾了游标卡尺的使用方法，这体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.在实验过程中，学生之间需要合作、交流、处理数据，体现了“实验探究”的学科素养.,达标检测,1.(双缝干涉条纹间距问题)(2015全国卷)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的相邻干涉条纹间距x1与绿光的相邻干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”“”或“”).若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的
9、距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm.,1,2,3,0.300,2.(实验原理与操作)(多选)利用如图5所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长时，有下面几种说法，其中正确的是,1,2,3,A.实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝 B.将滤光片由紫色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D.测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致波长测量值偏小 E.去掉滤光片后，干涉现象消失,图5,解析实验装置中的元件分别为滤光片、单缝、双缝，故A正确； 将滤光片由紫色的换成红色的，波长变长，根据干
10、涉条纹间距公式x 知条纹间距变宽，故B正确； 将单缝向双缝移动一小段距离后，条纹间距不变，故C错误. 把5个条纹间距数成6个，则x偏小，根据x ，可知波长的测量值偏小，故D正确； 去掉滤光片，将出现彩色的干涉条纹，故E错误.,1,2,3,3.(实验数据处理)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图6所示.双缝间的距离d3 mm.,1,2,3,图6,若测定红光的波长，选用红色的滤光片，实验中测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察第1条亮条纹的位置如图7甲所示，其读数为_ mm；观察第5条亮条纹的位置如图乙所示，其读数为_ mm.则可求出红光的波长_m.,1,2,3,图7,6.86107,0,0.640,解析由测量头的数据可知 a10，a20.640 mm，,1,2,3,
