人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案2：4 4 实验：用双缝干涉测量光的波长

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE14.4实验：用双缝干涉测量光的波长〖学习目标〗1．会根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，确定测量光的波长的实验思路。2．能设计实验方案并正确操作实验器材，得到明显的干涉条纹。3．知道两种测量头的操作和读数规则，并获得数据。4．对测量数据进行整理，得到波长的测量值。〖问题导入〗前面我们通过理论推导，得到了双缝干涉实验中干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，即Δx＝eq\f(l,d)λ。大家能否设计实验测量光的波长？〖知识梳理〗一、实验思路光源发出的光经滤光片（装在单缝前）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。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，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并由λ＝eq\f(d,l)Δx计算出光的波长。问题探究：1．透镜的作用是什么？2．单缝的作用是什么？3．滤光片有什么作用？应放在哪个位置？4．实验中应该记录哪些数据？5．能否用白光做实验？为什么？二、物理量的测量1．l的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。2．Δx的测量：用到的工具叫测量头，由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后继续转动，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数，并记录移过分划板中心刻度线的条纹数n。将两次手轮的读数相减，得出n条亮纹间的距离a，利用公式Δx＝eq\f(a,（n－1）)，再求出相邻两个亮条纹间的距离Δx。三、进行实验1．按上图所示安装仪器。2．将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。具体操作是先取下双缝，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。3．在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样，然后利用测量头测量相邻两个亮条纹间的距离Δx。四、误差分析(1)照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，原因是灯丝与单缝、双缝，或测量头与遮光筒不共轴，解决办法是实验前先取下单缝和双缝，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。(2)干涉条纹不清晰，单缝与双缝不平行所致，解决的办法是耐心仔细地调节拨杆，使单缝和双缝平行，以达到最佳效果。(3)干涉条纹与分划板刻线不平行，可以通过转动遮光简使条纹与分划板刻线平行。五、注意事项1．光源灯丝最好为线状灯丝，与单缝平行并靠近。透镜、滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦干净。2．安装时，注意使单缝和双缝互相平行，使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上。3．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不能随便拆卸遮光筒、测量头等部件。

〖典例精析〗例1用单色光做如图所示的双缝干涉实验时，位置的调节很难做的完全精确．(1)如果光源前狭缝S(看作线光源)的位置向中线OO′的一侧偏离了一个小距离，则与调节精确时相比，观察屏E上条纹间距．(2)如果观察屏E(垂直于图画)与它的正确位置成一个小角度，则与调节精确时相比，屏上条纹间距．例2某同学在做“双缝干涉测定光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时(如图甲中的A)，游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B)，游标卡尺的示数如图丁所示．已知双缝间距d＝0.5mm，缝到屏的距离l＝1m．则：(1)图乙中游标卡尺的示数为cm.(2)图丁中游标卡尺的示数为cm.(3)所测光波的波长为m(保留两位有效数字)．〖随堂演练〗1．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是()A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离C．增大双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源E．换用频率更低的单色光源2．用单色光做双缝干涉实验，在光屏上某点P，从中央O点开始计数，P点恰好为第三条亮纹，现改用波长较短的单色光照射，其他的条件不变，那么不可能的是()A．P处仍为第三条亮纹B．P处可能是第四条亮纹C．P处可能是第二条亮纹D．若将光屏向双缝移近一些，在P处可能看到第二条亮纹E．中央O点仍为亮纹3．(1)备有下列仪器：A．白炽灯B．双缝C．单缝D．滤光片E．白色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)．(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．改用波长较长的光(如红光)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4．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，为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取____________或____________的方法．

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁问题探究：1.透镜的作用是使射向单缝的光更集中。2.为了获得一个线光源3.为了获得单色光，放在光源和单缝之间。4.双缝到屏的距离l和相邻两条亮条纹间的距离Δx（双缝间的距离d已知）5.不能，用白光做实验相当于用多种单色光(白光是复色光)同时做双缝干涉实验，而每种单色光都能够在屏幕中间形成亮条纹(中央亮条纹),又由于各种单色光的波长不同,因此产生的中央亮条纹的宽度不同,叠加后全部重合的区域的颜色是白色,而边缘只有部分波长较长的单色光,这一区域则形成彩光.。〖典例精析〗例1〖答案〗不变变大或变小〖解析〗(1)用单色光做双缝干涉实验时，相邻干涉条纹之间的距离Δx＝eq\f(L,d)λ，虽然线光源偏离某一侧一小段距离，但公式中各量没有变化，因此条纹间距也不变；(2)观察屏E(垂直于图画)与它的正确位置成一个小角度，根据相邻干涉条纹之间的距离Δx＝eq\f(L,d)λ，导致屏与双缝间距变大或变小，则屏上条纹间距可能变大或变小.例2〖答案〗1.2501.7706.5×10－7〖解析〗(1)图乙中游标卡尺是20个等分刻度，精确度为0.05mm，读数为12mm＋0.05mm×10＝12.50mm＝1.250cm.(2)图丁中游标卡尺也是20个等分刻度，读数为17mm＋0.05mm×14＝17.70mm＝1.770cm.(3)由Δx＝eq\f(l,d)λ可得