新教材粵教選擇性必修第一冊-第四章第五節(jié)-用雙縫干涉實驗測定光的波長-課件(34張)

1、第五節(jié)用雙縫干涉實驗測定光的波長第四章2021內(nèi)容索引0102課前篇 自主預(yù)習(xí)課堂篇 探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.會調(diào)節(jié)各個儀器共軸,單、雙縫平行.(科學(xué)探究)2.能正確安裝、使用測量頭,會讀數(shù).(科學(xué)探究)3.會用“累積法測量明條紋間距,進而測量光的波長.(科學(xué)思維)課前篇 自主預(yù)習(xí)必備知識一、實驗?zāi)康?.觀察白光及單色光的雙縫干預(yù)圖樣.2.利用公式x= 測定單色光的波長.二、實驗原理由公式x= 可知,在雙縫干預(yù)實驗中,d是雙縫間距,是的;L是雙縫到屏的距離,可以測出,那么,只要測出相鄰兩明條紋(或相鄰兩暗條紋)中心間距x,即可由公式= x計算出入射光波長的大小.三、實驗器材雙縫干預(yù)儀(包括

2、:光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭.其中測量頭又包括:分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺等.四、實驗步驟(1)將光源、透鏡、遮光筒、光屏依次安放在光具座上,如以下圖. (2)接好光源,翻開開關(guān),使燈絲正常發(fā)光.(3)調(diào)節(jié)各器件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達光屏.(4)安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫平行,二者間距約為510 cm,這時可觀察到白光的干預(yù)條紋.(5)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干預(yù)條紋.(1)安裝測量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干預(yù)條紋.(2)使分劃板的中心刻線對齊某條明條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)a1,

3、轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線移到另一明條紋的中央,記下此時手輪上的讀數(shù)a2,得出n個明條紋間的距離為a=|a2-a1|,那么相鄰兩明條紋間距(3)用刻度尺測量雙縫到光屏的距離L.(4)重復(fù)測量、計算,求出波長的平均值.(5)換用不同顏色的濾光片,重復(fù)實驗.五、數(shù)據(jù)處理將測得的L、d、x代入x= ,求出光的波長.重復(fù)測量、計算,求出波長的平均值. 六、誤差分析實驗中的雙縫間距d是器材本身給出的,因此本實驗要注意L和x的測量.光波的波長很小,L、x的測量對波長的影響很大.1.L用毫米刻度尺測量,可屢次測量求平均值.2.x利用測量頭測量.可利用“累積法測n條明條紋間距,再求x= ,并且采用屢次測量求x

4、的平均值的方法進一步減小誤差.七、本卷須知1.雙縫干預(yù)儀是比較精密的實驗儀器,要輕拿輕放,不要隨便拆分遮光筒、測量頭等元件.2.安裝時,要保證光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一條軸線上,并使單縫、雙縫平行且豎直.3.光源使用線狀長絲燈泡,調(diào)節(jié)時使之與單縫平行且靠近.4.實驗中會出現(xiàn)屏上的光很弱的情況,主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸所致;干預(yù)條紋是否清晰與單縫和雙縫是否平行有關(guān)系.自我檢測正誤判斷,判斷結(jié)果為錯誤的小題請說明原因.(1)雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源.()答案 (2)光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋.()答案 解析 光屏上

5、距兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋.(3)在光屏上能看到光的干預(yù)圖樣,但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干預(yù)發(fā)生.()答案 解析 兩列光波相遇就會疊加,滿足相干條件就能發(fā)生干預(yù),所以在雙縫與光屏之間的空間也會發(fā)生干預(yù),用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便.(4)測量干預(yù)條紋的間距時,直接測出相鄰的兩個明條紋之間的距離即可.()答案 解析 條紋間距比較小,為減小測量誤差,應(yīng)測量假設(shè)干個條紋間的距離.課堂篇 探究學(xué)習(xí)探究一對實驗裝置及原理的考查例1在用雙縫干預(yù)實驗測定光的波長時(實驗裝置如以下圖): (1)以下說法錯誤的選項是.(填選項前的字母)A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時,應(yīng)放

6、上單縫和雙縫B.測量某條干預(yù)明條紋位置時,應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該明條紋的中心對齊C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條明條紋間的距離a,求出相鄰兩條明條紋間距(2)測量某明條紋位置時,手輪上的示數(shù)如圖,其示數(shù)為 mm. 答案 (1)A(2)1.970 解析 (1)應(yīng)先調(diào)節(jié)光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上單、雙縫,選項A不正確.測微目鏡分劃板中心刻線應(yīng)與明條紋中心對齊,使得移動過程測出的條紋間距較為準(zhǔn)確,選項B正確.測微目鏡移過n條明條紋,那么明條紋間距x= ,選項C正確.應(yīng)選A.(2)主尺讀數(shù)是1.5 mm,螺旋讀數(shù)是47.00.01 mm,因此示數(shù)為1.970 mm.變式訓(xùn)

7、練1(2021北京海淀模擬)在用雙縫干預(yù)實驗測定光的波長時,將雙縫干預(yù)實驗儀按要求安裝在光具座上(如以下圖),單縫保持豎直方向,并選用縫間距為d的雙縫屏.從儀器注明的規(guī)格可知,毛玻璃屏與雙縫屏間的距離為L.(1)組裝儀器時,單縫和雙縫的空間關(guān)系應(yīng)該為.A.a代表單縫,b代表雙縫B.a代表雙縫,b代表單縫C.二者相互垂直放置D.二者相互平行放置(2)將紅色濾光片改為綠色濾光片,其他實驗條件不變,在目鏡中仍可看見清晰的條紋,那么.(3)經(jīng)計算可得兩個相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離為x,那么這種光的波長為=(用題中所給字母表示).解析 (1)雙縫的光來自單縫,因此單縫距離光源更近,A正確,B錯誤;雙

8、縫與單縫應(yīng)該平行放置,C錯誤,D正確.(2)由于單縫保持豎直,條紋的方向與單縫平行,所以條紋豎直,A正確,B錯誤;由于綠光的波長比紅光的短,所以干預(yù)條紋間距比紅光的窄,C正確,D錯誤.探究二實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析情境探究例2在用雙縫干預(yù)實驗測定光的波長時,將雙縫干預(yù)實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖甲所示),并選用縫間距d=0.20 mm 的雙縫屏.從儀器注明的規(guī)格可知,像屏與雙縫屏間的距離l=700 mm.然后,接通電源使光源正常工作.(1)測量頭主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度.某同學(xué)調(diào)整手輪后,從測量頭的目鏡看去,第一次映入眼簾的干預(yù)條紋如圖乙(a)所示,圖乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給

9、各暗紋的編號,此時圖乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1=1.16 mm;接著再轉(zhuǎn)動手輪,映入眼簾的干預(yù)條紋如圖丙(a)所示,此時圖丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2=mm.(2)利用上述測量結(jié)果,經(jīng)計算可得兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離x=mm;這種色光的波長=nm.甲 乙 丙答案 (1)15.02(2)2.316.6102 變式訓(xùn)練2(2021山東臨沂十八中高二月考)如以下圖是用雙縫干預(yù)測光的波長的實驗設(shè)備示意圖.(1)轉(zhuǎn)動測量頭的手輪,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第1條明條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖乙所示.繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第8條明條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖丙所示.那么相鄰兩明條紋的間距是 mm(結(jié)

10、果保存三位有效數(shù)字).(2)如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.3 mm,雙縫和光屏之間的距離是900 mm,那么待測光的波長是 m(結(jié)果保存三位有效數(shù)字).答案 (1)2.07(2)6.9010-7 解析 (1)題圖乙中手輪的固定刻度讀數(shù)為0,可動刻度讀數(shù)為0.014.5 mm=0.045 mm,所以最終讀數(shù)x1=0.045 mm.題圖丙中手輪的固定刻度讀數(shù)為14.5 mm,可動刻度讀數(shù)為0.013.5 mm=0.035 mm,x2=14.535 mm.相鄰兩明條紋的間距隨堂檢測1.(多項選擇)某同學(xué)在做雙縫干預(yù)實驗時,安裝好實驗裝置,在光屏上卻觀察不到干預(yù)圖樣,這可能是由于()A.光束的中央軸線與

11、遮光筒的軸線不一致,相差較大B.濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度答案 AC解析 光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,單、雙縫不平行都可能造成看不到干預(yù)圖樣.選項A、C正確.2.(多項選擇)某同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后,觀察光的干預(yù)現(xiàn)象,獲得成功.假設(shè)他在此根底上對儀器的安裝有如下改動,那么仍能使實驗成功的是()A.將遮光筒的光屏向靠近雙縫的方向移動少許,其他不動B.將濾光片移至單縫和雙縫之間,其他不動C.將單縫向雙縫移動少許,其他不動D.將單縫與雙縫的位置互換,其他不動答案 ABC解析 干預(yù)條紋是雙縫發(fā)出的光疊加的結(jié)果,雙縫后面的區(qū)域處處存在光,所以移動光屏或改變單縫與雙縫間距,條紋仍然形成,故A、C正確;將濾光片移至單縫和雙縫之間,照到雙縫上的光仍是振動情況完全一樣的光源,故B正確;將單縫與雙縫的位置互換,失去了產(chǎn)生干預(yù)的條件,故D錯誤.3.雙縫干預(yù)測光的波長的實驗裝置如圖甲所示,單縫與雙縫間的距離l1=100 mm,雙縫與屏的距離l2=700 mm,雙縫間距d=0.25 mm.用測量頭來測量明條紋中心的距離.測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準(zhǔn)明條紋的中心(如圖乙所示),記下此時手輪上的讀數(shù),轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)另一條明條紋的中心,