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(共31張PPT)
第一章 動(dòng)量守恒定律
4.4實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)
人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊(cè)
新課導(dǎo)入
1
新課講解
3
學(xué)習(xí)目標(biāo)
2
經(jīng)典例題
4
課堂練習(xí)
5
本課小結(jié)
6
目錄
思考：
回顧雙縫干涉條紋間距的表達(dá)式。
可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍在780～400nm之間，如何利用雙縫干涉進(jìn)行測(cè)量？
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、會(huì)根據(jù)干涉條紋的間距和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系，確定測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)思路。
2、能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并正確操作實(shí)驗(yàn)器材，得到明顯的干涉條紋。
3、知道兩種測(cè)量頭的操作和讀數(shù)規(guī)則，并獲得數(shù)據(jù)。
4、對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到波長(zhǎng)的測(cè)量值。
一、實(shí)驗(yàn)思路
2. 原理：
1. 得到干涉條紋；
1）雙縫到屏的距離 可以用刻度尺測(cè)出；
2）雙縫的距離 d 可以在實(shí)驗(yàn)器材上直接讀出；
3）Δx 使用目鏡一側(cè)的測(cè)量頭測(cè)出的，讀數(shù)方法類(lèi)似于螺旋測(cè)微器；
為了減小誤差，我們一般測(cè)量 個(gè)亮條紋間的距離 ，則 。
二、實(shí)驗(yàn)器材
雙縫干涉儀，即光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭，另外還有學(xué)生電源，導(dǎo)線、刻度尺。
1.將光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示。
三、實(shí)驗(yàn)步驟
三、實(shí)驗(yàn)步驟
2. 接好光源，打開(kāi)開(kāi)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)出的光能沿軸線到達(dá)光屏；
4. 安裝雙縫，使雙縫與單縫的縫平行；
5. 在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋；
6. 測(cè)出l、d、 Δx ；
7. 代入公式 得到所測(cè)波長(zhǎng)；
8. 分別改變?yōu)V光片的顏色和雙縫的距離，觀察干涉條紋的變化，并求出相應(yīng)的波長(zhǎng)。
四、數(shù)據(jù)處理
(1)根據(jù) 求出條紋間距。
(2)求出干涉條紋間距的平均值，求出雙縫到屏的距離的平均值。
(3)將干涉條紋間距Δx、雙縫間距(已知)、雙縫到屏的距離d代入干涉條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系式求出光的波長(zhǎng)。
(4)計(jì)算其他濾光片透過(guò)的光的波長(zhǎng)。
五、誤差分析
(1)測(cè)雙縫到屏的距離l帶來(lái)的誤差，可通過(guò)選用毫米刻度尺，進(jìn)行多次測(cè)量求平均值的辦法減小誤差。
(2)測(cè)條紋間距Δx帶來(lái)的誤差。
①干涉條紋沒(méi)有調(diào)到最清晰的程度。
②分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒(méi)有恰好位于條紋中心。
③測(cè)量多條亮條紋間距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確。
六、注意事項(xiàng)
1.雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒、測(cè)量頭等元件。
2.濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦去。
3.安裝時(shí)，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、雙縫平行且豎直，間距大約5～10 cm。
典例分析
【例1】在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中。
(1)在觀察紅光的干涉圖樣時(shí)，現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、濾光片D、單縫E等光學(xué)元件，將白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光學(xué)元件，由右至左，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為：________(選填“①”或“②”)。
①C、D、E、B、A　　　②C、D、B、E、A
(2)一同學(xué)通過(guò)測(cè)量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對(duì)齊，如圖所示。若要使兩者對(duì)齊，該同學(xué)應(yīng)如何調(diào)節(jié)________。
A.僅左右轉(zhuǎn)動(dòng)透鏡 B.僅旋轉(zhuǎn)單縫
C.僅旋轉(zhuǎn)雙縫 D.僅旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭
典例分析
(3)為了使測(cè)得單色光的條紋間距增大，在其他條件不變情況下，以下做法合適的是________。
A.增大單縫與雙縫間距 B.增大雙縫與毛玻璃屏間距
C.更換雙縫間距更小的雙縫片 D.增強(qiáng)光源亮度
解析　(1)為了獲取單色的線光源，光源后面應(yīng)放置濾光片、單縫，單縫形成的線光源經(jīng)過(guò)雙縫產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在光屏上可以觀察到干涉條紋，因此，由右至左，各光學(xué)元件排列順序應(yīng)為白光光源C、濾光片D、單縫E、雙縫B、毛玻璃屏A，故為CDEBA，故選①。
(2)發(fā)現(xiàn)里面的亮條紋與分劃板豎線未對(duì)齊，若要使兩者對(duì)齊，該同學(xué)應(yīng)調(diào)節(jié)測(cè)量頭，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。
答案　(1)①　(2)D　(3)BC
典例分析
【例2】某同學(xué)利用圖所示裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問(wèn)題：
(i)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可________。
A.將單縫向雙縫靠近 B.將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)
C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng) D.使用間距更小的雙縫
(ii)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測(cè)得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長(zhǎng)λ＝________。
典例分析
(iii)某次測(cè)量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300 mm，測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20 m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm。則所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
典例分析
【例3】如圖甲所示為“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)裝置。
(1)光具座上放置的光學(xué)元件依次為①光源(白熾燈)、②______、③_______、
④雙縫、⑤遮光筒、⑥光屏。對(duì)于某種單色光，為增加相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離，可采取________________或________________的方法。
典例分析
(2)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第1條亮條紋的中央，手輪的讀數(shù)如圖乙所示。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第10條亮條紋的中央，手輪的讀數(shù)如圖丙所示。則相鄰兩亮條紋的間距為_(kāi)_______mm(計(jì)算結(jié)果保留3位小數(shù))。
典例分析
(3)如果雙縫的間距為0.30 mm、雙縫和光屏之間的距離為900 mm，則待測(cè)光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______m(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
(4)如果將圖甲中①光源(白熾燈)換成激光光源，該實(shí)驗(yàn)照樣可以完成，這時(shí)可以去掉的部件是________(選填數(shù)字代號(hào))。
答案　(1)濾光片　單縫　增大雙縫到光屏間的距離(或選用較長(zhǎng)的遮光筒)　減小雙縫之間的距離　(2)1.610　(3)5.37×10－7　(4)②③
典例分析
【例4】利用雙縫干涉測(cè)定單色光波長(zhǎng)時(shí)，第一次分劃板中心刻線對(duì)齊A條紋中心(圖甲)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丙所示，第二次分劃板中心刻線對(duì)齊B條紋中心(圖乙)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖丁所示。已知雙縫間距為0.5 mm，從雙縫到屏的距離為1 m，則圖丙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_(kāi)_______mm，可得相鄰兩亮條紋的間距Δx＝________mm，所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______m。
典例分析
答案　11.4　1.35　6.75×10－7
課堂練習(xí)
1.在用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中
(1)若測(cè)量紅色光的波長(zhǎng)，應(yīng)選用________色濾光片，實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)知道雙縫之間的距離為d，也測(cè)出了相鄰亮(暗)條紋間距Δx，還需要測(cè)量的物理量是____________________________________________________________。
(2)已知雙縫到光屏之間的距離l＝500 mm，雙縫之間的距離d＝0.50 mm，單縫到雙縫之間的距離s＝100 mm，某同學(xué)在用測(cè)量頭測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，在測(cè)量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)A亮條紋的中心，螺旋測(cè)微器讀數(shù)是4.077 mm，然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)B亮條紋的中心，如圖所示，螺旋測(cè)微器的讀數(shù)是________mm，則入射光的波長(zhǎng)λ＝________m。
課堂練習(xí)
(3)若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測(cè)量，可以采用的改善方法有________。
A.改用波長(zhǎng)較短的光作為入射光
B.增大雙縫到屏的距離
C.增大雙縫到單縫的距離
D.增大雙縫間距
答案　(1)紅　雙縫到屏的距離l　(2)5.663(5.662～5.664)　5.29×10－7
(5.28×10－7～5.30×10－7)　(3)B
課堂練習(xí)
2.如圖所示，在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、
⑥毛玻璃。
(1)②、③、④三個(gè)光學(xué)元件依次為_(kāi)_______。
A.濾光片、單縫、雙縫 B.單縫、濾光片、雙縫
C.單縫、雙縫、濾光片 D.濾光片、雙縫、單縫
課堂練習(xí)
(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅色濾光片換為綠色濾光片，則相鄰亮紋(暗紋)間的距離________。
A.變大 B.變小
C.不變 D.可能變大可能變小
(3)若測(cè)得雙縫與屏的距離為l＝1.00 m，雙縫間距為d＝1.5 mm，第1條亮紋與第3條亮紋中心間的距離Δx＝0.640 mm，則對(duì)應(yīng)光波的波長(zhǎng)λ為_(kāi)_______nm。
答案　(1)A　(2)B　(3)480
課堂練習(xí)
3.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(xué)元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。
(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右表示各光學(xué)元件的字母的排列順序應(yīng)為C、________、________、________、A；
課堂練習(xí)
(2)將激光束照在雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖選項(xiàng)中的________；
(3)保持雙縫到光屏的距離不變，換用間隙更小的雙縫，在光屏上觀察到的條紋間距將________；保持雙縫間隙不變，減小雙縫到光屏的距離，在光屏上觀察到的條紋間距將________(均選填“變寬”“變窄”或“不變”)；
課堂練習(xí)
(4)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對(duì)齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)________mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為_(kāi)_______mm；
課堂練習(xí)
(5)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計(jì)算式λ＝________，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為_(kāi)_______mm。
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