《（浙江专用）高中物理第十三章光（第3课时）光的干涉实验：用双缝干涉测量光的波长教师用书新人教选修3-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（浙江专用）高中物理第十三章光（第3课时）光的干涉实验：用双缝干涉测量光的波长教师用书新人教选修3-4（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3课时光的干涉实验：用双缝干涉测量光的波长研究学考把握考情知识内容光的干涉实验：用双缝干涉测量光的波长考试要求加试c教学要求1.知道杨氏双缝干涉实验，以及它对认识光的本性的意义2知道光的干涉条件，知道杨氏双缝干涉实验设计的巧妙之处3了解干涉条件的特点4理解明、暗条纹产生的条件5了解实验装置，知道实验原理及需要测量的物理量6知道测量头的使用方法，会测量明条纹的间距7知道滤光片和遮光筒的作用，理解实验中为了满足干涉条件所采用的方法8知道获得理想干涉条纹的实验操作要求9会用控制变量的方法，分别研究光的颜色、双缝距离和双缝与屏之间距离等与条纹间距的关系10会设计实验数据记录表并记录数据11会根据给出
2、的波长表达式计算不同颜色光的波长12会用光传感器做双缝干涉实验13经历实验过程，体会条纹间距测量时的实验方法说明1.不要求定量计算以双缝干涉为背景的问题 2不要求推导相邻两个明条纹或暗条纹中心间的计算公式基 础 梳 理11801年，英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象。2双缝干涉的装置示意图图1实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。(1)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。也可用激光直接照射双缝。(2)双缝的作用：一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。3让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，狭缝就成了两
3、个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。这种现象证明光是一种波。要 点 精 讲1产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同。本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的。2干涉图样(1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的。3实验结论：证明光是一种波。【例1】 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕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
4、过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，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红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮解析分别用绿色滤光片和红色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，但仍有光亮。答案C基 础 梳 理当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹。要 点 精 讲1屏上某
5、处出现亮、暗条纹的条件图2实验装置如图2所示，双缝S1、S2之间的距离为d，双缝到屏的距离为l，屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差rr2r1。(1)若满足路程差为波长的整数倍，即rk(其中k0,1,2,3，)，则出现亮条纹。(2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即r(2k1)(其中k0,1,2,3，)，则出现暗条纹。2相邻亮条纹(暗条纹)间的距离x与波长的关系：x，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝之间的距离。【例2】 用波长为的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图3所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则()图3AO到达a、b
6、的路程差为零BM、N到达b的路程差为CO到达a、c的路程差为4DM、N到达e的路程差为2解析振动方向一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足rk(k0,1,2,3)。答案BD要 点 精 讲操作指要1双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。2滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，只能用擦镜纸轻轻擦拭，不要用其他物品擦拭或口吹气除尘。3注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直。4光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。测量头原理1测量头由分划板、目镜、手轮构成，转动手轮，分划板会左右移动，测量时，应使分划板中
7、心与条纹中心对齐，记下此时手轮上的读数，然后转动测量头，使分划板中心与另一条纹中心对比，再次记下手轮上读数。两次读数之差表示这两个条纹间距离。(如图4甲、乙所示)图42为减小误差，利用“累积法”测n条亮纹间距，再求x求得相邻条纹间距离。3注意测量头读数时的有效数字。【例3】 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图5所示。双缝间的距离d3 mm。图5(1)若测量红光的波长，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0.500 mm)观察第1条亮条纹的位置如图6甲所示，观
8、察第5条亮条纹的位置如图乙所示。则可求出红光的波长_ m。图6解析(1)要测量红光的波长，应用红色滤光片。由x可知要想测必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距x。(2)由测量头的数据可知a10，a20.640 mm，所以x mm1.60104 m， m6.86107 m。答案见解析1关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是()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解析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
9、色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对；变小，x变小，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错。答案B2在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 m，若分别用频率为f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点现出明、暗条纹的情况是()A用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹解析单色光f1的波长：1 m0.6106 m0.6 m。单色光f2的波长：2 m0.4106 m0.4 m。
10、因P点到双缝的距离之差x0.6 m1，所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹。x0.6 m2，所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确。答案C3如图7所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二条暗条纹的位置()图7A仍在P处B在P点上方C在P点下方D要将屏向双缝方向移近一些才能看到解析由知f变小，变大。若出现第二条暗条纹，则P到双缝的光程差r，当变大时，r也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在P点上方，B正确。答案B4在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d。(1)若测定绿光的波长，应选用_色的滤
11、光片。实验时需要测定的物理量有_和_。(2)已知双缝到光屏之间的距离L500 mm，双缝之间的距离d0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s100 mm，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条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图8所示。则入射光的波长_m(结果保留两位有效数字)。图8(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增大双缝间距解析(1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片。由x可知要想测必须测定
12、双缝到屏的距离l和条纹间距x。(2)游标卡尺读数精确度为0.1 mm，A位置主尺读数为11 mm，游标尺读数为1，读数为x111 mm10.1 mm11.1 mm，同理B位置读数为x215.6 mm，则条纹间距x0.64 mm，利用x6.4107 m。(3)由x可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离，故选项A、B正确。答案(1)绿双缝到屏的距离相邻条纹间距(2)6.4107(3)AB选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是()A明暗相间的条纹 B彩色条纹C一片红光 D晃动的条纹解析两灯泡不是相干光源故现象为C
13、。答案C2下列关于双缝干涉实验的说法中，正确的是()A单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C光屏上相距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D照射单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹宽度越宽解析单缝的作用是产生一个线光源，两个频率相同的光源称为相干光源，选项A错误；双缝的作用是产生两个频率相同、振动情况相同的相干光源，选项B正确；路程差等于半波长奇数倍处出现暗条纹，选项C错误；频率越高，波长越短，条纹宽度越窄，选项D错误。答案B3用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图1所示的干涉图样，其中图甲是a光照射形
14、成的，图乙是b光照射形成的，则关于a、b两束单色光，下列说法中正确的是()图1Aa光的频率比b光的大B在水中a光传播的速度比b光的大C水对a光的折射率比b光的大Db光的波长比a光的短解析从题图可以看出，a光的条纹间距小，说明a光的波长小，频率大，选项D错误，A正确；水对频率低的单色光的折射率小，即水对b光的折射率小，选项C正确；折射率小的光在水中的传播速度大，即b光在水中的传播速度大，选项B错误。答案AC4一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各色光
