2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第4章光4.4实验：用双缝干涉测量光的波长(1)课件

发生双缝干涉时,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx=①λ,其中l为②双缝到屏的距离,d为③双缝之间的距离,λ为④入射光的波长.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为⑤光源、⑥滤光片、⑦单缝、⑧双缝、⑨遮光筒、⑩光屏.1|实验原理2|实验装置4实验：用双缝干涉测量光的波长\n3|实验过程1.光源发出的光经过滤光片成为单色光,把单缝照亮.单缝相当于一个线光源,它又把双缝照亮.双缝的作用是获得相干光源.单缝和双缝放置时应使单缝与双缝相互平行,其中心大致位于遮光筒的轴线上.2.来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉.遮光筒的一端装有毛玻璃屏,在这个屏上观察干涉条纹.\n1.在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光.(✕)双缝的作用是产生两个相干的光源.2.在双缝干涉实验中,条纹间距与双缝间距无关.(✕)条纹间距与双缝间距有关,双缝间距越大,条纹间距越小.3.在双缝干涉实验中,用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹.(✕)用白光作为光源,屏上将呈现彩色条纹.4.用测量头测出n个亮条纹中心间的距离为a,则相邻两个亮条纹中心间的距离Δx=.(√)5.在双缝干涉实验中,中央亮条纹宽度是两边亮条纹宽度的2倍.(✕)在双缝干涉实验中,中央亮条纹宽度与两边亮条纹宽度相等.判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”.\n1|干涉条纹间距与波长关系式如图所示,与两缝之间的距离d相比,每个狭缝都很窄,宽度可以忽略,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OP0=l.屏上P1与P0点的距离为x,两缝到P1的距离分别为P1S1=r1,P1S2=r2.在P1S2上作P1M=P1S1,于是S2M=r2-r1,由于两缝之间的距离远小于缝到屏的距离,所以能够认为三角形S1S2M是直角三角形,根据三角函数的关系,有r2-r1=dsinθ.另一方面x=ltanθ≈lsinθ.因此有r2-r1=d.\n当两列波的路程差为波长的整数倍,即d=±kλ(k=0,1,2…)时会出现亮条纹,也就是说,亮条纹中心的位置为x=±kλ.相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距Δx=λ.根据双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹中心间距Δx=λ,得λ=Δx.已知双缝间距d,再测出双缝到屏的距离l和相邻两亮条纹或暗条纹中心间距Δx,就可以求得光波的波长.\n双缝干涉实验装置双缝干涉实验装置由各部分光学元件在光具座上组成,如图所示.2|实验装置实验前先取下双缝,打开光源,调节光源的高度和角度,使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮.然后放好单缝和双缝.注意使单缝与双缝相互平行,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上.\n测量头的构造及使用如图甲所示,测量头由分划板、目镜、手轮等构成.转动手轮,分划板会左右移动.测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心,如图乙,记下此时手轮上的读数,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一条纹中央,记下此时手轮的读数;两次读数之差表示这两个条纹间的距离.测出n个亮条纹间的距离a,则相邻两亮(或暗)条纹中心间距Δx=.\n(★★☆)(1)如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏.对于某种单色光,为增加相邻两亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,可采取或的方法.(2)如果将灯泡换成激光器,该实验照样可以完成,这时可以去掉的部件是(填数字代号).\n(3)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹中心,读出手轮的读数,如图甲所示.继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第10条亮条纹中心,读出手轮的读数,如图乙所示.则相邻两亮条纹的间距是mm.(4)如果已经量得双缝的间距是0.30mm、双缝和光屏之间的距离是900mm,则待测光的波长是m.(取三位有效数字)\n解析(1)由实验原理可知光学元件②③④分别是滤光片、单缝、双缝.由Δx=λ可知,要增加相邻两亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,可采取的办法有:增大双缝与光屏间的距离(或选用较长的遮光筒);减小双缝之间的距离.(2)由于激光是相干光,故可以去掉的部件是滤光片、单缝,即②③.(3)题中甲图手轮读数是0.045mm,乙图读数是14.535mm,它们的差值是14.490mm,为10个亮条纹中心的间距,所以相邻两亮条纹中心间距是Δx=mm=1.610mm.(4)由Δx=λ可得待测光的波长λ==5.37×10-7m.答案(1)滤光片　单缝　双缝　增大双缝与光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)减小双缝之间的距离　(2)②③　(3)1.610　(4)5.37×10-7\n3|用双缝干涉测量光的波长的实验注意事项实验中注意以下几点:(1)放置单缝和双缝时,必须使两者相互平行,间距为5~10cm.(2)要保持光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心位于遮光筒的轴线上.(3)测量头的中心刻线要对齐亮(或暗)条纹的中心.(4)要多测几个亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,再求Δx.(5)调节的基本依据:照在屏上的光很弱,主要是灯丝、单缝、双缝、测量头的中心与遮光筒不共轴所致,干涉条纹不清晰一般是单缝与双缝不平行所致.\n(★★☆)(1)备有下列仪器:A.白炽灯B.双缝C.单缝D.滤光片E.光屏把以上仪器装在光具座上时,正确的排列顺序应该是:(填写字母代号).(2)已知双缝到光屏之间的距离l=500mm,双缝之间的距离d=0.50mm,单缝到双缝之间的距离s=100mm.某同学在用测量头测量时,调整手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心,然后他继续转动,使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心,前后两次游标卡尺的读数如图所示,则入射光的波长λ=m(结果保留两位有效数字).\n(3)实验中发现条纹太密,难以测量,可以采用的改善办法有.A.改用波长更长的光作为入射光B.增大双缝到屏的距离C.增大双缝到单缝的距离D.增大双缝间距\n解析(2)由图可知,A位置主尺读数为11mm,游标尺读数为1×0.1mm=0.1mm,A位置读数为x1=11mm+0.1mm=11.1mm,同理B位置读数为x2=15.6mm,则条纹间距Δx=≈0.64mm,则λ=Δx=6.4×10-7m.(3)由Δx=λ可知,要增大条纹间距,可改用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离,故A、B正确.答案(1)ADCBE　(2)6.4×10-7(3)AB