2017-2018学年人教版选修3-4 实验：用双缝干涉测量光的波长 第1课时 学案

第十三章 光

第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长

【学习目标】

1.观察光的干涉现象

2.知道决定干涉条纹间距的条件，认识出现亮条纹或暗条纹的特点。 3.了解用双缝干涉测波长的原理，知道影响干涉条纹宽度的因素

【学习重难点】

1.决定条纹间距的条件

2.相邻亮或暗条纹中心间距的表达式及其推导

【预习案】

（1）实验原理：如图2所示，由几何关系可知光程差，当两束光的路程差为波长的（ ）倍时才会出现亮条纹，即亮条纹中心的位置为，则两个相邻亮条纹或暗条纹的中心间距是，即条纹宽度与（ ）有关。由以上分析可知：干涉条纹的宽度是指两亮条纹或两暗条纹中心线之间的距离。 （2）观察双缝干涉图样

a.光源发出的光经滤光片成为_______，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝后生成稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的________条纹，如果用白光通过双缝可以观察到________条纹。

b.实验前先取下双缝，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，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上

改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化。 (3) 测定单色光的波长

a.若双缝到屏的距离用l表示（可用米尺测出），双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用?x表示（用测量头测出），则入射光的波长为________，实验中d是已知的，测出l、?x即可计算出光的波长λ。 b.如何用测量头测两条纹间的距离?x

【探究案】

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13-3-4

A.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 知识点二 条纹间距、双缝间距、缝屏间距、波长的关系

例2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

实验报告

1、实验目的：

(1)明确实验器材的构成及其作用； (2)观察白光及单色光的干涉图样； (3)学会测波长的一种方法。

2、实验原理：

如图1所示，电灯发生的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，再次发生衍射，S1、S2双缝相当于

二个步调完全一致的单色相干光源透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，S1、S2到屏上P点的路程分别是rl、r2，两列光波传到P的路程差Δr=

，设光波波长为λ。

(1)若Δr=nλ (n=0，±1，±2，…)，两列波传到P点同相，互相加强，出现明条纹． (2)若Δr=(2n-1)λ (n=±1，±2，±3，…)，两列波传到P点反相，互相减弱，出现暗纹．

这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2的明暗相间的干涉条纹．相邻两条明条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离L有关，其关系式为：Δx=

λ，由此，只要测出Δx、d、L即可测出波长λ．

两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成．如图2所示．

转动手轮，分划板会左、右移动．测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如图3所示)记下此时手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数a2，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距

离．即Δx=

。

Δx很小时，直接测量时相对误差较

大，通常测出n条明条纹间的距离a，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离．Δx=

．

3、实验器材

双缝干涉仪即：光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺．

4、实验步骤

(1)观察双缝干涉图样

①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如4图所示． ②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．

③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．

④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5cm~10cm，这时，可观察白

光的干涉条纹．

⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹． (2)测定单色光的波长

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至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量时移

过的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx=

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．

5、数据处理

(1)根据所测的几条条纹的间距，求出相邻条纹间距：Δx= (2)把所测的双缝间距d，双缝到屏的距离L及Δx代入：λ=

(n-1个间隔)。Δx。

6、注意事项

(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光简，测量头等元件。 (2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去． (3)安装时，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．

(4)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。

(5)调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．

7、误差分析

光波波长很小，Δx、L的测量对波长λ的影响很大．L用毫米刻度尺测量，Δx利用测量头上的游标尺测量．可测多条亮纹间距再求Δx，采用多次测量求λ的平均值法，可减小误差．

【训练案】

1.在双缝干涉实验中，以下说法正确的是 ( )