辽宁省大连市高中物理-第十三章-光-13.3-用双缝干涉测量波的长度讲义-新人教版选修.ppt

,导入新课,在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？,当屏上某点到两个狭缝的路程差,=2,n,，,n,=0,、,1,、,2,时，出现明纹；,当,=,（,2,n,+1,），,n,=0,、,1,、,2,时，出现暗纹。,那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？,第三节 实验：用双缝干涉测量光的波长,教学目标,1.,知识与能力,掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。,观察双缝干涉图样，掌握实验方法,。,2.,过程与方法,通过实验，理解光的折射定律。,3.,情感态度与价值观,体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。,L,、,d,、,的准确测量。,教学重难点,教学重点,双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。,教学难点,本节导航,一,.,实验原理,二,.,观察双缝干涉图样,三,.,测定单色波的波长,一,.,实验原理,设两缝,S,1,、,S,2,间距离为,d,，它们所在平面到屏面的距离为,l,，且,l,d,，,O,是,S,1,S,2,的中垂线与屏的交点，,O,到,S,1,、,S,2,距离相等。,由图可知,S,1,P,=,r,1,r,1,与,x,间关系如何？,r,1,2,=,l,2,+,（,x,-,）,2,r,2,2,=,l,2,+,（,x,-,）,2,r,2,2,-,r,1,2,=,（,r,2,-,r,1,）（,r,2,+,r,1,）,=2,dx,由于,l,d,，且,l,x,，所以,r,1,+,r,2,2,l,r,2,-,r,1,=,r,=x,x,当,r,=2,n,，,n,=0,、,1,、,2,时，出现亮纹。,即,x,=2,n,时出现亮纹，或写成,x,=,第,n,条和第（,n,-1,）条（相邻）亮纹间距离,x,为多少呢？,x,=,x,n,-,x,n-1,=,n,-,（,n,-1,）,也就是,x,=,x,=,x,=,，,相邻两个明,(,或暗,),条纹之间的距离为,其中，波长用,表示，,d,表示两个狭缝之间的距离，,l,为挡板与屏间的距离,结论,下面看另外一种推导方法（同课本上）,r,2,-r,1,=,dsin,X=,ltanlsin,运用几何知识,当两列波的路程差为波长的整,数倍，即,dx/l,=,k,，（,k=0,1,2),时才会出现亮条纹，亮条纹,位置为：,X=,kl/d,S,1,S,2,P,1,P,l,r,1,r,2,d,x,如图所示的双缝实验中，屏离开挡板越远，条纹间的距离越大，另一方面，实验所用光波的波长越大，条纹间的距离也越大，这是为什么？,二,.,观察双缝干涉图样,1.,实验器材：,光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏、测光头、学生光源、导线、刻度线,2.,实验步骤：,(1),光源、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次放在光具座上，如下图所示：,（,2,）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。,（,3,）调节各器件的亮度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。,（,4,）安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距,510cm,。,（,5,）观察白光的干涉条纹。,（,6),在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。,注意事项,1.,安装仪器的顺序：,光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏,2.,双缝与单缝相互平行，且竖直放置,3.,光源、虑光片、单缝、双缝的中心,均在遮光筒的,中心轴线,上,4.,若出现在光屏上的,光很弱,，由于,不共轴,所致,5.,若干涉条纹,不清晰,，与单缝和双缝是,否平行,有很大关系,中间亮纹,第二条亮纹,第一条亮纹,第一条亮纹,第二条亮纹,第一条暗纹,第一条暗纹,第二条暗纹,第三条暗纹,第二条暗纹,第三条暗纹,X,X,X,X,X,X,由实验可知,红光的条纹间距最大，紫光的最小。,1.,红光的波长最长，紫光的波长最短。,2.,波长越长，频率越小，波长越短，频率越大。,3.,光的颜色由频率决定。,4.,红光的偏向角最小，折射率最小，紫光的偏向角最大，折射率最大。,5.,在同一媒质中的光速，红光最大，紫光最小。,练习：,有,1,、,2,两束不同的光线，它们以相同的入射角从空气射入水中，已知折射角,r,1,r,2,，则它们的频率,f,1,f,2,，在水中的波速,v,1,v,2,在水中的波长,1,2,，在相同的条件下用它们分别做双缝实验，则干涉条纹的间距,x,1,x,2,。这两束光从空气射入水中的颜色,改变。,小于,大于,大于,不,三,.,测定单色波的波长,测定单色光的波长的实验步骤,1.,安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。,2.,使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数,a1,，转动手轮，使分划板中心刻线移动；记下移动的条纹数,n,和移动后手轮的读数,a,2,，,a1,与,a2,之差即,n,条亮纹的间距。,3.,用刻度尺测量双缝到光屏间距离,l(d,是已知的）。,4.,重复测量、计算，求出波长的平均值。,5.,换用不同滤光片，重复实验测量其他单色光的波长。,螺旋测微器的读数,例,1.,用双缝干涉测光的波长。实验装置如图（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离,L,1,=100mm,，双缝与屏的距离,L,2,=700mm,，双缝间距,d,=0.25mm,。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。,（,1,）分划板的中心刻线分别对准第,1,条和第,4,条亮纹的中心时，手轮上的读数如图（丙）所示，则对准第,1,条时读数,x,1,=,mm,、对准第,4,条时读数,x,2,=,mm,2.192,7.870,15,20,5,10,0,20,25,15,第,1,条时读数,第,4,条时读数,15,20,5,10,0,30,35,40,45,x,=,，,1.,相邻两个明,(,或暗,),条纹之间的距离为,其中，波长用,表示，,d,表示两个狭缝之间的距离，,l,为挡板与屏间的距离。,课堂小结,2.,由实验可知,红光的条纹间距最大，紫光的最小。,(1),红光的波长最长，紫光的波长最短。,（,2,）波长越长，频率越小，波长越短，频率越大。,（,3,）光的颜色由频率决定。,（,4,）红光的偏向角最小，折射率最小，紫光的偏向角最大，折射率最大。,（,5,）在同一媒质中的光速，红光最大，紫光最小。,3.,测定单色波的波长,课堂练习,1.,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如下图所示，双缝间的距离,d=3mm,。,（,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,_,。,（,2,）若测得双缝与屏之间距离为,0.70 m,，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退,0.500mm,）观察第,1,条亮纹的位置如下图（,a),所示，观察第,5,条亮纹的位置如下图（,b),所示，则可求出红光的波长,=_m,。（保留一位有效数字,),答案,（,1,）红,双缝到屏距离,l n,条条纹间距,a,(2)7,10,7,2.,在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）,A,只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失,B,有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹,C,任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮,D,屏上无任何光亮,C,解析,两列光波发生干涉的条件之一是频率相等。利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用绿滤光片和红滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，故选,C.,3 .,利用下图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：,A,将屏接近双缝，干涉条纹间距变窄,B,将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽,C,将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽,D,换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变宽,正确的是,_,ABD,4.,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,7.5mm,，已知双缝间的距离为,0.5mm,，,双缝到屏的距离为,1m,，则此红光波长为,_,。,（,1,）使用波长,较长的单色光；,根据测量值，计算相邻条纹间的距离：,（,2,）增加双缝到光屏间距离或选用较长的遮光筒；,（,3,）减小双缝之间的距离。,解析,在双缝干涉实验中，根据公式 可知，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽，可采取的办法是：,5.,某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功，若他在基础上对仪器的安装做出如下改动，仍能使实验成功的是 （）,A,将遮光筒内的光屏，向靠近双缝的方向移动少许，其他不动,B,将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动,C,将单缝向双缝移动少许，其他不动,D,将单缝与双缝的位置互换，其他不动,ABC,解析,双缝发生干涉，而单缝发生衍射，故,D,错。由 知，改变,双缝到屏的距离,l,仍能得清晰条纹，只不过条纹间距变化，故,A,正确。,单缝与双缝之间的距离对干涉无影响，故,C,正确。滤光片的作用是得到相干单色光，在单缝前还是在单、双缝之间不影响干涉，故,B,正确。,