高考物理大一輪復習 第十三章 實驗十五 用雙縫干涉測光的波長

高考物理大一輪復習第十三章實驗十五用雙縫干涉測光的波長課件第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四[實驗?zāi)康腯1.了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件。知識梳理2.觀察白光和單色光的雙縫干涉圖樣。3.測定單色光的波長。[實驗原理]1.光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光,單色光經(jīng)過單縫后,相當于線光源,經(jīng)

雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣,我們通過光屏可以觀察到明、暗相間的干涉條

紋,若用白光照射,通過雙縫可以在光屏上得到彩色條紋。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.根據(jù)λ=

Δx可以計算出單色光的波長。公式中d為雙縫間距離,Δx為相鄰兩條亮(或暗)條紋間的距離,l為雙縫到屏間的距離,實驗中d一般是已知的,

所以測出l、Δx即可求出光的波長。Δx的測量可用測量頭完成,如圖所示,

測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。通過測量頭可清晰地看到干涉條

紋,分劃板上中心有刻線,以此作標準,并根據(jù)手輪的讀數(shù)可求得Δx,由于Δx

較小,可測出n條亮(或暗)條紋的間距a,則相鄰亮(或暗)條紋間的距離Δx=

。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四

[實驗器材]雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏

等組成),另外還有學生電源、導線、刻度尺。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四[實驗步驟]1.觀察干涉條紋(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如圖所示。(2)接好電源,打開開關(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)出的光能沿遮光筒的軸線到達光屏。(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,二者間距約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。第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.測定單色光的波長(1)安裝測量頭,調(diào)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(shù)a1,將該條

紋記為第1條亮條紋;轉(zhuǎn)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(shù)a2;將該條亮紋記為第n條亮條紋,則相鄰兩亮條

紋間距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。第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四1.條紋間距Δx=

。2.波長λ=

Δx。3.計算多組數(shù)據(jù),求λ的平均值。[注意事項][數(shù)據(jù)處理]1.雙縫干涉儀是比較精密的儀器,應(yīng)輕拿輕放,且注意保養(yǎng)。2.安裝時,注意調(diào)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、雙縫平行且間距適當。3.光源燈絲最好為線狀燈絲,并與單縫平行且靠近。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4.照在光屏上的光很弱,主要原因是燈絲與單縫、雙縫,測量頭與遮光筒不

共軸所致;干涉條紋不清晰的一般原因是單縫與雙縫不平行所致,故應(yīng)正確

調(diào)節(jié)。[誤差分析]1.雙縫到屏的距離l的測量存在誤差。2.測條紋間距Δx帶來的誤差:(1)干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度。(2)誤認為Δx為亮(暗)條紋的寬度。(3)分劃板刻線與干涉條紋不平行,中心刻線沒有恰好位于條紋中心。(4)測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準確,此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四1.(多選)利用雙縫干涉儀研究雙縫干涉現(xiàn)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,干涉條紋間距變窄第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四

答案

ABD由條紋間距公式Δx=

λ,d指雙縫間距離,l是雙縫到屏的距離,λ指波長,可知:A項中l(wèi)減小,Δx變小;B項中λ變大,Δx變大;D項中d變大,Δx變小,故A、B、D正確。單縫與雙縫間的距離變化對干涉條紋間距無影響,

C錯誤。第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.某同學在做雙縫干涉實驗時,安裝好實驗裝置,在光屏上卻觀察不到干涉

圖樣,這可能是由于

(

)A.光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致,相差較大B.沒有安裝濾光片C.單縫與雙縫平行D.光源發(fā)出的光束太強

答案

A安裝實驗器件時要注意使光束的中央軸線與遮光筒的軸線重合,光源與光屏正面相對,濾光片、單縫和雙縫要在同一高度,中心位置在

遮光筒軸線上,單縫與雙縫要相互平行,還要使光源發(fā)出的光不要太暗,才

能使實驗成功,本實驗如果沒有安裝濾光片,則會觀察到彩色干涉條紋,故選A。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.用雙縫干涉測光的波長,實驗中采用雙縫干涉儀,它包括以下元件:A.白熾燈

B.單縫片C.光屏

D.雙縫E.遮光筒

F.濾光片(其中雙縫和光屏連在遮光筒上)(1)正確調(diào)節(jié)裝置后,在屏上觀察到紅光干涉條紋,用測量頭測出10條紅亮條

紋間的距離為a;改用綠色濾光片,其他條件不變,用測量頭測出10條綠亮條

紋間的距離為b,則一定有a

b(填“大于”、“小于”或“等

于”)。(2)在雙縫干涉實驗中,濾光片的作用是

,單縫的作用是

,雙縫的作用是

。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四

答案

(1)大于

(2)獲得單色光形成線光源形成相干光源

解析

(1)由于紅光的波長大于綠光的波長,根據(jù)Δx=

λ可知,紅色光的干涉條紋間距大于綠色光的干涉條紋間距,因此a>b。(2)各元件的作用為:濾光片的作用是獲得單色光,單縫的作用是形成線光

源,雙縫的作用是形成相干光源。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4.用某種單色光做雙縫干涉實驗時,已知雙縫間距離d的大小恰好是圖丁中

游標卡尺的讀數(shù);雙縫到毛玻璃間的距離大小由圖中的毫米刻度尺讀出,如

圖丙所示;實驗時先移動測量頭(如圖甲所示)上的手輪,把分劃線對準靠近

最左邊的一條亮條紋中心線(如圖乙所示),并記下測量頭的讀數(shù)x1(如圖戊

所示),然后轉(zhuǎn)動手輪,把分劃線向右移動,直到對準第7條亮條紋并記下測量

頭的讀數(shù)x2(如圖已所示),由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四

第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四

答案

8.0×10-7m

解析根據(jù)條紋間距公式Δx=

λ可知,波長λ=

Δx,由丁圖可直接讀出d=0.25mm=0.00025m第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四雙縫到屏的距離由丙圖讀出l=749.5mm=0.7495m由圖乙、戊、已可知,相鄰兩條亮條紋間的距離Δx=

mm=2.400mm=0.002400m,將以上數(shù)據(jù)代入得λ=

=

m≈8.0×10-7m。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四典例1在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中:(1)實驗裝置采用雙縫干涉儀,它由各部分光學元件在光具座上組成,現(xiàn)準備

了下列儀器:A.光源,B.雙縫片,C.單縫片,D.濾光片,E.光屏(其中雙縫片和光

屏連在遮光筒上)。把以上儀器安裝在光具座上時,正確的排列順序是

。(2)(多選)關(guān)于本實驗,正確的說法是

(

)A.實驗時應(yīng)調(diào)節(jié)各器件共軸,并且單縫和雙縫的縫應(yīng)相互平行B.觀察到的白光的干涉圖樣是:可以看到彩色的干涉條紋,中央為一條白亮

的零級干涉條紋;彩色條紋的排列,以零級亮條紋為中心左右對稱,在第一

級亮條紋中紫色在最外側(cè)一、實驗原理與操作重難突破第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四C.看到白光的干涉條紋后,在單縫前面放上紅色或綠色濾光片,即可看到紅

黑相間或綠黑相間的干涉條紋,且紅條紋的間距比綠條紋的間距大D.測量時應(yīng)使測量頭的分劃板的中心刻線對齊條紋的中心再讀數(shù)

解析

(1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確順序為:光源、濾光片、單縫片、雙縫片、光屏,或把它們?nèi)康惯^來也可,因此,答案為AD-

CBE或EBCDA。(2)實驗時應(yīng)使光源、單縫、雙縫的中心位于遮光筒的軸線上,且使單縫與

雙縫平行,A正確;白光的干涉圖樣是彩色條紋,中央為白色亮條紋,在第一

級亮條紋中紅色在最外側(cè),B錯誤;由Δx=

λ得紅條紋的間距大于綠條紋間距,C正確;為了減少誤差,應(yīng)使分劃板的中心刻線對齊條紋中心再讀數(shù),D正確。

答案

(1)ADCBE(或EBCDA)

(2)ACD第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四二、儀器讀數(shù)與數(shù)據(jù)處理典例2現(xiàn)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

以測量紅光的波長。

(1)本實驗的實驗步驟有:①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)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第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四的軸線上;③用米尺測量雙縫到屏的距離;④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離。在操作步驟②時還應(yīng)注意

和

。(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條

亮紋,此時手輪上的示數(shù)如圖(a)所示。然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中

心刻線與第6條亮紋中心對齊,記下此時圖(b)中手輪上的示數(shù)為

mm,求得相鄰亮紋的間距Δx=

mm。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四

(3)已知雙縫間距d為2.0×10-4m,測得雙縫到屏的距離l為0.700m,由計算式λ

=

,求得所測紅光的波長為

nm。

解析

(1)在操作步驟②時還應(yīng)注意的事項有:放置單縫、雙縫時,必須使縫平行;單縫、雙縫間距離大約為5~10cm。(2)圖(b)讀數(shù)為x2=13.5mm+37.0×0.01mm=13.870mm,第22頁，共23頁，2023