人教版高中物理选修3-4课件13-4

1．相邻明条纹 (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 3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 PS1＝ r1， PS2＝ r2．在线段 PS2上作 PM＝ PS1，则 S2M＝ r2－ r1，因 d≪ l，三角形S1S2M可看作 直角三角形，有：r2－ r1＝ dsin ?(令∠ S2S1M＝? ). 则： x＝ ltan ? ≈lsin ?
针对训练 2 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
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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
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解析
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安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光
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则：x＝ltan θ≈lsin θ x 消去 sin θ，有：r2－r1＝d l
图3
x 若 P 处为亮条纹，则 d ＝± kλ，(k＝0,1,2，…) l l 解得：x＝± k λ.(k＝0,1,2，…) d l 相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝ λ. d
时，在光屏P上观察到干涉条纹.要得到相邻条纹间距更
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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
(
)
图4
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解析
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在双缝干涉实验中，相邻两个亮条纹(或暗条纹)间
l 的中心间距Δx＝ λ，要想增大条纹间距可以减小两缝间 d 距d，或者增大双缝屏到光屏的距离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.
解析
各的条纹叠加后得到彩色条纹.
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二、实验过程 1．实验步骤
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(1)按图 5所示安装仪器 .
图5
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(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中
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心轴线上 . (3)使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿 )色滤光片， 让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的 测量头，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 ).
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1．做双缝干涉实验时，要增大屏上相邻亮条纹之间的距
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离，可以采取的措施是 A．减小双缝到屏的距离 B．增大光的频率 C．增大双缝之间的距离 D．增大光的波长
(
)
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l 解析 由双缝干涉中条纹宽度的表达式 Δx＝ λ 可知， 增大 d
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解析
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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.λ变小，Δx变小，C错.红光和 紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错，选B．
答案 B
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4．双缝干涉实验中，要使屏上单色光的干涉条纹之间的距
双缝 、遮光筒、 光屏 及测量头，其中测量头又包括：分
划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺. 4．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 Δx＝
l λ d .
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5．条纹间距 Δx 的测定 如图 2 甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测 量时先转动测量头使分化板的中心刻线对齐某条亮条纹
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(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，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记 下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划
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板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和 移过分划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个亮条纹间的距离 a， 利用公式 Δx＝ a/(n－ 1)，算出条纹间距，然后利用公式 λ d ＝ Δx，求出此单色光的波长 λ(d、 l仪器中都已给出 ). l
条纹宽度 Δx，可以增大双缝到屏的距离 l、减小双缝之间 的距离 d，或者增大光的波长 λ，故 A、C 错，D 对；增大 光的频率，则减小了光的波长，条纹宽度减小，故 B 错.
答案 D
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2．在杨氏双缝干涉实验中，用红光照射双缝得到的干涉图 样是
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( C )
A．一系列明暗相间的同心圆 B．一些杂乱无章的点 C．平行、等间距的明暗相间的条纹 D．条纹中间宽、两边窄
答案 C
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针对训练 1 一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹， 除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( A )
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A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹 间距不同 B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同 D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同
解析 单色光的双缝干涉条纹为平行、等间距、明暗相
间的条纹.故C对，A、B、D错.
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3．在杨氏双缝干涉实验中，如果
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(
)
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
(6)换用另一滤光片，重复步骤(3)、(4)，并求出相应的波长.
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2．注意事项
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(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用毫米刻度尺测多次取平均值 . (3)测条纹间距 Δx时，用测量头测出n条亮条纹间的距离 a a，求出相邻的两条亮条纹间的距离Δx＝ . n－ 1
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(1)使用波长λ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)减小双缝之间的距离.
根据测量值，计算相邻条纹间的距离： a 7.5 Δx＝ ＝ mm＝1．5 mm 5 n－ 1 Δxd － 再代入公式λ＝ ，求得红光的波长为λ＝ 7．5× 10 7 m. l
【实验视频】
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【例2】
在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置
如图6所示 .双缝间的距离d＝ 3 mm.
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图6 (1)若测定红光的波长，应选用 时需要测定的物理量有 和 色的滤光片 .实验 .
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(2)若测得双缝与屏之间的距离为 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
答案 见解析
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的中央，如图乙所示，记下手轮上的读数 a1；转动手轮， 使分化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 a2，得出 n 个亮条纹间的距离为 a＝|a2－a1|，则 |a2－a1| 相邻两亮条纹间距 Δx＝ . n－1
图2
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一、实验原理
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2．测量原理
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l 由公式 Δx＝ λ可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距， d 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Δx，即 d 可由公式 λ＝ Δx计算出入射光波长的大小 . l
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【例1】 如图4所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S
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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 .
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l 解析 在双缝干涉实验中， 根据公式 Δx＝ λ 可知， 要使屏 d 上单色光的干涉条纹之间距离变宽，可以采取的办法是：
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3．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 和 Δx 的测量.光波的波长很小，l、Δx 的测量对波长
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的影响很大. (1)l 的测量：l 用毫米刻度尺测量，如果可能，可多次测量 求平均值. (2)条纹间距 Δx 的测定 Δx 利用测量头测量.可利用“累积法”测 n 条亮条纹间 a 距，再求 Δx＝ ，并且采用多次测量求 Δx 的平均值的 n－ 1 方法进一步减小误差.
学案 4
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实验：用双缝干涉测量光的波长
[学习目标定位] 1．了解用双缝干涉测量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量单色光的波长.
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1．单色光干涉图样的特点：中央为 亮 条纹，两边是明暗
相间 的条纹.
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2．用游标为20分度的卡尺测量某物体的长度时，示数如图 1甲所示，读数为 0.775
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cm，用螺旋测微器测另一物体
的长度时，示数如图乙所示，读数为 8．473 mm.
图1
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