物理 第4章 光的波动性 4.2 用双缝干涉仪测定光的波长同步备课 沪科版选修3-4

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1、第4章4.2用双缝干涉仪测定光的波长学习目标1.了解用双缝干涉仪测定光的波长的实验原理.2.知道影响干涉条纹宽度的因素.3.观察白光及单色光的干涉图样.4.能够利用双缝干涉实验测定单色光的波长.内容索引自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测自主预习梳理1.实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、遮光筒、_及测微目镜，其中测微目镜又包括：刻度板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺.2.单色光发生双缝干涉时，相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心距离是x .滤光片单缝双缝光屏3.条纹间距x的测定如图1甲所示，测微目镜由刻度板、目镜、手轮等构成，测量时先使刻度板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图乙所

2、示，记下手轮上的读数s1；转动手轮，使刻度板中心刻线移至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数s2，得出n个亮条纹间的距离为s|s2s1|，则相邻两亮条纹间距x_.图1重点知识探究一、实验原理1.相邻亮条纹(暗条纹)间的距离x与入射光波长之间的定量关系推导如图2所示，双缝间距d，双缝到屏的距离L，双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0.对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1L1，PS2L2.在线段PS2上作PMPS1，则S2ML2L1，因dL，三角形S1S2M可看作直角三角形，有：L2L1dsin(令S2S1M).图22.测量原理由公式x 可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距

3、，是已知的；L是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)的中心间距x，即可由公式 x计算出入射光波长的大小.二、实验步骤1.按图3所示安装仪器.2.调节光源中心、单缝中心、双缝中心，让它们都位于遮光筒的中心轴线上.图33.使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，使通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测微目镜，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹；撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹).4.加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使刻度板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使刻度板移动，直到刻度板的中心刻线对

4、齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过刻度板中心刻度线的条纹数n.5.将两次手轮的读数相减，求出n个亮(暗)条纹间的距离s，利用公式xs/(n1)，算出条纹间距，然后利用公式 x，求出此单色光的波长(d、L仪器中都已给出).6.换用另一滤光片，重复步骤3、4、5，并求出相应的波长.三、注意事项1.单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等.2.测双缝到屏的距离L时，用毫米刻度尺测多次取平均值.3.测条纹间距x时，用测微目镜测出n条亮(暗)条纹间的距离s，求出相邻的两条亮(暗)条纹间的距离x .四、误差分析实验中的双缝间距d是器材本身给出的，因此本实验要注意L

5、和x的测量.光波的波长很小，L、x的测量对波长的影响很大.1.L的测量：用毫米刻度尺测量，需要多次测量求平均值.2.条纹间距x的测定利用测微目镜测量.可利用“累积法”测n条亮(暗)条纹间距s，再求x ，并可采用多次测量求x的平均值的方法进一步减小误差.例例1 如图4所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹.要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以A.增大S1与S2的间距B.减小双缝屏到光屏的距离C.将绿光换为红光D.将绿光换为紫光解析答案图4五、典例精析解析解析在双缝干涉实验中，相邻两个亮条纹(或暗条纹)间的中心间距x ，要想增大条纹间距可以减小两缝间距d，或者增大双缝屏

6、到光屏的距离L，或者换用波长更长的光做实验.由此可知，选项C正确，选项A、B、D错误.例例2 在“用双缝干涉仪测定光的波长”的实验中，装置如图5所示.双缝间的距离d3 mm.(1)若测定红光的波长，应选用_色的滤光片.实验时需要测定的物理量有_和_.红双缝到屏的距离L图5解析答案相邻两条亮(暗)纹中心间的距离x解析解析由于测量红光的波长，因此用红色滤光片.由x 可知要想测必须测定双缝到屏的距离L和相邻两条亮(暗)纹中心间的距离x.(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测微目镜(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，刻度板前进或后退0.500 mm)观察第1条亮条纹的位置如图6甲所示，

7、观察第5条亮条纹的位置如图乙所示.则可求出红光的波长_m.6.86107图6解析答案例例3(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大B.没有安装滤光片C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强解析答案解析解析安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功.当然还要使光源发出的光束不致太暗.综上所述，可知选项A、C正确，B、D错误.当堂达标检测1.在杨氏双缝干涉实验中，如

8、果A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C.若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹12解析答案3解析解析用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对.变小，x变小，C错.红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错.2.如图7所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的A.a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏B.

9、a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏C.a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏D.a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏对于某种单色光，为增加相邻亮纹(或暗纹)之间的距离，可采用的方法是(任写一种方法)_.解析答案图7C增加双缝到屏的距离或减小双缝间距123解析解析a、b、c、d各装置的名称分别为滤光片、单缝、双缝、光屏，故C正确；由x 可知，要增加相邻亮纹(或暗纹)的距离，可以增加双缝到屏的距离，也可以减小双缝间距.1233.双缝干涉实验中，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可采取以下办法：(1)_；(2)_；(3)_.为测量红光的波长，现测得屏上6条亮条纹间的距离为7.5 mm，已知双缝间的距离为0.5 mm，双缝到光屏的距离为1 m，则此红光的波长为_.解析答案答案答案见解析123解析解析在双缝干涉实验中，根据公式x 可知，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可以采取的办法有：(1)使用波长较长的单色光；(2)增加双缝到光屏间距离或选用较长的遮光筒；(3)减小双缝间的距离.根据测量值，计算相邻条纹间的距离：x 1.5 mm再代入公式 ，求得红光的波长为7.5107 m123