高中物理选修第十三章《用双缝干涉测量光的波长》

1、课题§13.3实验：用双缝干涉测量总课时数1课型新授课编定人审核人执教时间学习目标知识目标了解“用双缝测量光的波长”的实验原理，知道影响干涉条纹宽度的因素能力目标经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程，加深对双缝干涉图样的认识和理解。情感目标经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程，加深对双缝干涉图样的认识和理解，养成合作意识。重点利用两相邻亮条纹中心间距的表达式测单色光的波长。难点相邻两条亮条纹间距的的表达式推导。学情分析学生对于波的干涉和光的干涉的原理已经非常清楚，所以学的起来比较好学。教学方法探究合作学习、学案导学教学手段多媒体课件教学过程师生活动教 学 活 动 过 程新知预习 实验

2、装置采用双缝干涉仪,它由各部分光学元件在光具座上组成,如图13-3-1所示.图13-3-11.根据公式_可计算波长,双缝间的距离d是已知的,双缝到屏的距离l可以用米尺测出,相邻两条亮(暗)纹间的距离x用测量头测出.2.实验中,滤光片作用:_;单缝作用_;双缝作用是获得_光源;单缝和双缝放置时应_.其中心大致位于遮光筒的_上.典题·热题知识点一 利用双缝干涉测量波长的实验例1如图13-3-4所示是实验装置示意图，甲图是用绿光进行实验的，光屏上观察到的条纹情况，a为中央明纹；乙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，则下列说法正确的是( )图13-3-4A

3、.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短解析：在同一实验装置下，l、d相同，由x=可知，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间的距离x与成正比.由题意知乙中b大于甲中a，所以乙图所用光的波长要长，而对于可见光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，波长依次变短，由此可知可能是红光而不是紫光.A选项正确.答案：A方法归纳 明确条纹间距公式x=中各物理量的意义，通过实验观察和理论总结理解条纹间距与波长成正比关系，是解决本题的关键.例2如图13-3-5所示

4、是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.图13-3-5（1）图中是光源，是光屏，它们之间的依次是、和.（2）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（ ）A.增大和之间的距离B.增大和之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片D.增大双缝之间的距离解析：在光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头.由x=可知，相邻两条纹间距离与双缝间的距离成反比，应减小双缝之间的距离，D选项错，增大双缝到屏之间的距离，B选项正确，增大光的波长，C选项错误.答案：（1）滤光片 单缝 双缝 （2）B方法归纳 掌握光的干涉测波长的实验原理，熟悉实验步骤，正确运

5、用公式计算光的波长.知识点二 条纹间距、双缝间距、缝屏间距、波长的关系例3在用单色光做双缝干涉实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（ ）A.第三级暗纹到两缝距离差为波长的1.5倍B.第三级亮纹到两缝距离差为波长的1.5倍C.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍D.第三级亮纹到两缝距离差为波长的3倍解析：根据出现明暗条纹的条件：当|S2P-S1P|=n时，在屏上P点出现亮条纹.n=0时，在屏中央出现第零级亮纹，n=1时，在屏上出现第一级亮纹.以此类推，|S2P-S1P|=(2n-1)在屏上出现暗条纹.n=1时，在屏上出现第一级暗纹，

6、n=2时，在屏上出现第二级暗纹.以此类推，根据以上所述，答案应选D.答案：D误区警示 本题只需掌握出现明、暗条纹的条件及出现第几级明（暗）纹时，n就是几.易错点是切不可把|S2P-S1P|=(2n-1)记作|S2P-S1P|=(2n+1).例4用单色光照射双缝，双缝间距等于0.06 cm，缝到屏的距离为1.5 m，若测得屏上7条亮条纹之间共相距9.0 mm，则此单色光的波长是多少？解析：先通过已知条件得出两个相邻条纹间距x，然后利用公式=x进行计算.答案：两个相邻条纹间距x=9.0 mm/（7-1）=9.0 mm/6=1.5×10-3 m 用x=1.5×10-3 m及双缝间

7、距d=0.06 cm=6×10-4 m，缝到屏的距离l=1.5 m 代入=x可得：=6×10-7 m.误区警示 容易犯的错误是：两个相邻条纹间距x=9.0 mm/7，错误的原因是没搞清楚条纹数和间距数的关系.自主广场我夯基我达标1.在利用双缝干涉测光波波长时，首先调节_、_和_中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且相互平行，当屏幕上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹的距离a,则两条明条纹间的距离x=_，双缝到毛玻璃屏的距离l用_测量，用公式_可以计算出单色光的波长.思路解析：理解双缝干涉的实验原理，正确操作实验装置，会分析实验数据，如两明条纹间

8、距x=,波长用公式x=推导可得.答案：滤光片 单缝 双缝 米尺 x=2.用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.2×10-3 m,测得双缝到屏的距离为0.700 m.分划板中心刻线对第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10-3 m.第四条亮条纹所在的位置为7.470×10-3 m.则红光的波长为_.若改用蓝光做实验，其他条件不变，则干涉条纹宽度将变_（填“宽”或“窄”）.思路解析：条纹间距x=m=2.423×10-3 m.由x=得：=x=m.答案：6.9×10-7 m窄3.用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：A

9、.白炽灯,B.单缝片，C.光屏，D.双缝，E.滤光片.（其中双缝和光屏连在遮光筒上）（1）把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A_（A已写好）.（2）正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，测量出10条红亮纹间的距离为a;改用绿色滤光片，其他条件不变，测量出10条绿亮纹间的距离为b,则一定有_大于_.思路解析：由于红光波长大于绿光，根据x=可知，x红>x绿，则一定有红光距离a大于绿光距离b.答案：（1）EBDC（2）a b4.在双缝干涉实验中，设单缝宽度为h，双缝距离为d，双缝与屏距离为l，当采取下列四组数据中的哪一组时，可在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹（ )A.h=1 cm

10、d=0.1 mm l=1 mB.h=1 mm d=0.1 mm l=10 cmC.h=1 mm d=10 cm l=1 mD.h=1 mm d=0.1 mm l=1 m思路解析：根据x=可以得知，当d较小、l较大时，干涉条纹间距离明显，由此可以排除C、B.由于干涉光束是同频率的，故h要小，才能得到同频率光，排除A，故选D.答案：D5.在双缝干涉的实验中，入射光的频率为5×1014 Hz，从双缝射出的两束光到达屏上某点的路程差为15 000，该点将出现什么样的条纹？思路解析：因为Hz=0.6×10-6 m=6×10-7 m=6 000 又因为15 000 所以x=5

11、由干涉现象规律可知：该点将出现第三级暗条纹.我综合我发展6.某同学在用双缝干涉仪做双缝干涉实验时，测得双缝间距d=3.0×10-3 m，双缝到光屏间的距离为1 m，前两次测量手轮上的示数分别为0.6×10-3 m和6.6×10-3 m，两次测量中分划板中心刻线分别对齐第一条亮纹和第五条亮纹中心.求该单色光的波长.图13-3-8思路解析：由题意知x=1.5×10-3 m，(x不是等于，因为分划板中心刻线位于亮条纹中心，如题图所示，分划板两次中心刻线间四个亮条纹)=2.4×10-3 m.答案：2.4×10-3 m7.现有毛玻璃屏A、双缝B

12、、白光C、单缝D和透红光的滤片E等元件，要把它们放在图13-3-9所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长.图13-3-9（1）本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.在操作步骤时还应注意_.（2）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图13-3-10甲所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图13-3-10乙中手轮上的示数为_mm，求得相邻亮纹的间距x=_mm.图13-3-10（3）已知双缝间距d为2.0×10-4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式=_，求得所测红光波长为_m.思路解析：应注意调节单缝与双缝间距，并使单缝与双缝平行以便能形成相干光源，发生干涉现象.（1）应注意调节单缝与双缝间距，并使单缝与双缝平行以便能形成相干光源，发生干涉现象.（2）螺旋测微器的读法是将固定刻度上的毫米数加上可变刻度上的读数，题图乙上的读数为13.5 mm+37.0×0.01 mm=13.870 mm，图甲上的读数为(2.0+32.0×0.01)