szw134學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光波的波長(zhǎng)20130406

1、第十三章第十三章 光光浙江麗水中學(xué)浙江麗水中學(xué) 宋樟偉宋樟偉一、實(shí)驗(yàn)名稱一、實(shí)驗(yàn)名稱用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)二、實(shí)驗(yàn)類型二、實(shí)驗(yàn)類型測(cè)量測(cè)量性實(shí)驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜?shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕康闹饕康模?.會(huì)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)會(huì)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)伴隨目的：伴隨目的：1.了解實(shí)驗(yàn)裝置，知道原理及需要測(cè)量的物理量了解實(shí)驗(yàn)裝置，知道原理及需要測(cè)量的物理量2.知道測(cè)量頭的使用方法（練習(xí)使用螺旋測(cè)微器或游標(biāo)知道測(cè)量頭的使用方法（練習(xí)使用螺旋測(cè)微器或游標(biāo) 卡尺），會(huì)測(cè)量明條紋間距卡尺），會(huì)測(cè)量明條紋間距3.知道獲得理想干涉條紋的實(shí)驗(yàn)操作要求知道獲得理想干涉條紋的實(shí)驗(yàn)操作要求4.

2、會(huì)用控制變量法研究光的顏色、雙縫距離等與間距的會(huì)用控制變量法研究光的顏色、雙縫距離等與間距的 關(guān)系關(guān)系5.會(huì)根據(jù)給出的波長(zhǎng)表達(dá)式計(jì)算不同顏色的波長(zhǎng)會(huì)根據(jù)給出的波長(zhǎng)表達(dá)式計(jì)算不同顏色的波長(zhǎng)6.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察紅光、綠光和白光的干涉條紋經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察紅光、綠光和白光的干涉條紋 四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理（一）干涉現(xiàn)象（一）干涉現(xiàn)象 PxP0 xdLds1s2dlx（因果關(guān)系）（因果關(guān)系）（轉(zhuǎn)換思想）（轉(zhuǎn)換思想）（放大思想）（放大思想）（二）條紋間距（二）條紋間距 (0, 1, 2,)lxkkd (21)(0, 1, 2,)2lxkkd 亮紋位置亮紋位置x:暗紋位置暗紋位置x:lxd 亮紋間距：

3、亮紋間距：lxd 亮紋間距：亮紋間距：條紋間距條紋間距x：dlxxld（三）測(cè)量波長(zhǎng)（三）測(cè)量波長(zhǎng) XXXXXX問(wèn)題：直接測(cè)條紋間距即測(cè)量一個(gè)條紋間距合理嗎？問(wèn)題：直接測(cè)條紋間距即測(cè)量一個(gè)條紋間距合理嗎？ 不合理的話說(shuō)出合理的測(cè)量方法？不合理的話說(shuō)出合理的測(cè)量方法？第第1條亮紋條亮紋第第n條亮紋條亮紋n條亮紋間距條亮紋間距x條紋間距條紋間距x：1xxn （四）使用測(cè)量頭（四）使用測(cè)量頭 （記錄手輪讀數(shù)（練習(xí)使用螺旋測(cè)微器或游標(biāo)卡尺）（記錄手輪讀數(shù)（練習(xí)使用螺旋測(cè)微器或游標(biāo)卡尺） 15205100202515第第 1 1 條條時(shí)讀數(shù)時(shí)讀數(shù)第第 6 6 條條時(shí)讀數(shù)時(shí)讀數(shù)15205100303540

4、45第第1條亮紋中心條亮紋中心第第6條亮紋中心條亮紋中心61?61xxx 分劃板中心刻線分劃板中心刻線（四）使用測(cè)量頭（四）使用測(cè)量頭 （記錄手輪讀數(shù)（練習(xí)使用螺旋測(cè)微器或游標(biāo)卡尺）（記錄手輪讀數(shù)（練習(xí)使用螺旋測(cè)微器或游標(biāo)卡尺） 第第1條亮紋中心條亮紋中心第第6條亮紋中心條亮紋中心61?61xxx （五）記錄雙縫間距（五）記錄雙縫間距d和雙縫到光屏的距離和雙縫到光屏的距離L dlxxld1xxn 五、實(shí)驗(yàn)器材五、實(shí)驗(yàn)器材1.對(duì)象：光屏上干涉條件對(duì)象：光屏上干涉條件2.過(guò)程：過(guò)程：3.測(cè)量：測(cè)量：測(cè)量頭測(cè)量頭、光具座上的刻度尺、光具座上的刻度尺4.控制：光具座、白熾燈、控制：光具座、白熾燈、凸透

5、鏡凸透鏡、濾光片（紅、濾光片（紅 綠）、單縫綠）、單縫(兩種）、兩種）、遮光筒遮光筒、測(cè)量頭、目鏡、測(cè)量頭、目鏡實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)情情景景光具座光具座測(cè)量頭測(cè)量頭1.光源、透鏡、遮光筒光源、透鏡、遮光筒三者中心共軸安裝三者中心共軸安裝2.安裝安裝雙縫片雙縫片調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線傳播調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線傳播3.安裝安裝單縫、測(cè)量頭、目鏡單縫、測(cè)量頭、目鏡，調(diào)節(jié)拔桿，使三縫平行并能，調(diào)節(jié)拔桿，使三縫平行并能 觀察到干涉圖樣觀察到干涉圖樣4.觀察白光的雙縫干涉圖樣觀察白光的雙縫干涉圖樣5.安裝安裝紅色濾光片紅色濾光片，觀察紅光的干涉圖樣，觀察紅光的干涉圖樣6.移動(dòng)移動(dòng)手輪手輪，使測(cè)量頭中的

6、，使測(cè)量頭中的分劃板中心刻線分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮紋對(duì)齊某條亮紋 的中央，記下手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，同樣記錄第的中央，記下手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，同樣記錄第n 條亮紋的中央手輪的讀數(shù)。條亮紋的中央手輪的讀數(shù)。7.記錄雙縫間距記錄雙縫間距d和雙縫到光屏之間的距離，并計(jì)算紅光和雙縫到光屏之間的距離，并計(jì)算紅光 波長(zhǎng)波長(zhǎng)8.更換不同間距的雙縫，重復(fù)測(cè)量更換不同間距的雙縫，重復(fù)測(cè)量9.換用換用綠色濾光片綠色濾光片，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)視頻視頻七、注意事項(xiàng)及表格七、注意事項(xiàng)及表格（1）光源是線燈絲，功率較大，所以電源要從低逐漸升）光源是線燈絲，功率較大，所以電源

7、要從低逐漸升 高到高到12V（2）燈絲、凸透鏡、遮光筒三者中心共軸）燈絲、凸透鏡、遮光筒三者中心共軸（3）單縫、雙縫平行）單縫、雙縫平行（4）注意測(cè)量的）注意測(cè)量的d、L和手輪讀數(shù)的有效數(shù)字和手輪讀數(shù)的有效數(shù)字（5）為減小誤差，）為減小誤差，n適當(dāng)大些適當(dāng)大些（6）不只在光屏上有干涉條紋，而且在雙縫后的疊加區(qū)）不只在光屏上有干涉條紋，而且在雙縫后的疊加區(qū) 域內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)干涉條紋域內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)干涉條紋（7）注意實(shí)驗(yàn)裝置的安裝順序和相干光源的獲得）注意實(shí)驗(yàn)裝置的安裝順序和相干光源的獲得數(shù)據(jù)記錄表格見(jiàn)實(shí)驗(yàn)冊(cè)數(shù)據(jù)記錄表格見(jiàn)實(shí)驗(yàn)冊(cè)P37光的顏色波長(zhǎng)(m)頻率 f(1014Hz)光的顏色波長(zhǎng)(m)頻率 f(1

8、014Hz)紅0.770.623.94.8綠0.580.495.26.1橙0.620.64.85.0藍(lán)靛0.490.456.16.7黃0.60.585.05.2紫0.450.406.77.53、光的顏色由頻率決定、光的顏色由頻率決定各色光在真空中的波長(zhǎng)和頻率的范圍見(jiàn)下表：各色光在真空中的波長(zhǎng)和頻率的范圍見(jiàn)下表：難點(diǎn)是為什么可用難點(diǎn)是為什么可用4針（針（插針?lè)ú遽樂(lè)ǎ┐_定折射光路）確定折射光路光是看不到的，只有經(jīng)反射或折射到眼鏡才能看到光光是看不到的，只有經(jīng)反射或折射到眼鏡才能看到光我們看到像與物是不一樣的，人總是相信光是直線我們看到像與物是不一樣的，人總是相信光是直線傳播的。不同的位置看到的像

9、的位置是不相同的傳播的。不同的位置看到的像的位置是不相同的實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示的雙縫實(shí)驗(yàn)中，屏離開(kāi)擋板越遠(yuǎn)，條紋如圖所示的雙縫實(shí)驗(yàn)中，屏離開(kāi)擋板越遠(yuǎn)，條紋間的距離越大，另一方面，實(shí)驗(yàn)所用光波的波長(zhǎng)越大，間的距離越大，另一方面，實(shí)驗(yàn)所用光波的波長(zhǎng)越大，條紋間的距離也越大，這是為什么？條紋間的距離也越大，這是為什么？思考思考r2-r1=dsinX=ltanlsin運(yùn)用幾何知識(shí)運(yùn)用幾何知識(shí)當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即數(shù)倍，即dx/l=k，（，（k=0,1,2)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)亮條紋，亮條紋時(shí)才會(huì)出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：位置為：X=kl/dS1S2P1Plr1r2dx

10、dlx相鄰兩個(gè)明相鄰兩個(gè)明(或暗或暗)條紋之間的距離為條紋之間的距離為其中，波長(zhǎng)用其中，波長(zhǎng)用 表示，表示，d表示兩個(gè)狹縫之間的距離，表示兩個(gè)狹縫之間的距離，l為擋板與屏間的距離為擋板與屏間的距離實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理XXXXXX中中間間亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋測(cè)定單色光的波長(zhǎng)測(cè)定單色光的波長(zhǎng) 測(cè)出測(cè)出n個(gè)亮條紋間的距離個(gè)亮條紋間的距離a，求出相鄰兩個(gè)，求出相鄰兩個(gè)亮條紋間的距離亮條紋間的距離x=a/（n-1),然后由

11、然后由 x=l/d一、實(shí)驗(yàn)原理sin12drr.2 , 1 , 0kkldx?dlx ld 雙縫到P1的路程差sintanllxlxdrr12dlkxdlkxk) 1(1條紋間距公式二、觀察雙縫干涉圖樣1、實(shí)驗(yàn)裝置2、圖樣亮暗相間的、等距條紋 中央是亮紋3、分析dlx l 同 光同 d不同l 同 d同 光不同三、測(cè)定單色光的波長(zhǎng)原理dlx xld測(cè)量頭手輪分劃板目鏡讀出手輪上的讀數(shù)求出條紋間距求出相應(yīng)光波的波長(zhǎng) 如圖所示的雙縫實(shí)驗(yàn)中，屏離開(kāi)擋板越遠(yuǎn)，如圖所示的雙縫實(shí)驗(yàn)中，屏離開(kāi)擋板越遠(yuǎn)，條紋間的距離越大，另一方面，實(shí)驗(yàn)所用光波條紋間的距離越大，另一方面，實(shí)驗(yàn)所用光波的波長(zhǎng)越大，條紋間的距離也越

12、大，這是為什的波長(zhǎng)越大，條紋間的距離也越大，這是為什么？么？r2-r1=dsinX=ltanlsin當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即整數(shù)倍，即dx/l=k（k=0,1,2)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)亮條時(shí)才會(huì)出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：紋，亮條紋位置為：X=kl/d一、實(shí)驗(yàn)原理一、實(shí)驗(yàn)原理二、觀察雙縫干涉圖樣二、觀察雙縫干涉圖樣L1L2中中間間亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋測(cè)量結(jié)果求波長(zhǎng)：測(cè)量結(jié)果求波長(zhǎng)： 測(cè)出

13、測(cè)出n個(gè)亮條紋間的舉例個(gè)亮條紋間的舉例a。就可以。就可以求出相鄰兩個(gè)亮條紋的距離求出相鄰兩個(gè)亮條紋的距離 1naxdlx lnad) 1( 再由再由得得白光的干涉圖樣是什么樣？白光的干涉圖樣是什么樣？ 明暗相間的彩色條紋； 中央為白色亮條紋； 干涉條紋是以中央亮紋為對(duì)稱點(diǎn)排列的； 在每條彩色亮紋中紅光總是在外緣，紫光在內(nèi)線。 【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】觀察白熾燈光的干涉。 中央明紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，最靠近中中央明紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，最靠近中央明紋的是什么顏色央明紋的是什么顏色？dDx紫色紫色11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 L、d不變，用不同的單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 紅光的條紋間距最大，紫光的最小。 用

14、白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，由于白光內(nèi)各種單色光的用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，由于白光內(nèi)各種單色光的干涉條紋間距不同，在屏上會(huì)出現(xiàn)彩色條紋干涉條紋間距不同，在屏上會(huì)出現(xiàn)彩色條紋白光白光藍(lán)光藍(lán)光紅光紅光一、光的顏色 色散 各種光有不同顏色，實(shí)際反映了它們有各種光有不同顏色，實(shí)際反映了它們有不同的波長(zhǎng)（或頻率）不同的波長(zhǎng)（或頻率）（1）將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋）將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第中心對(duì)齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時(shí)條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖手輪上的示數(shù)如圖13-3-10甲所示，然后同方甲所示，然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻

15、線與第6條條亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖13-3-10乙中手輪乙中手輪上的示數(shù)為上的示數(shù)為_(kāi)mm，求得相鄰，求得相鄰亮紋的間距亮紋的間距x=_mm.13.8702.310（2）已知雙縫間距）已知雙縫間距d為為2.010-4 m，測(cè)得雙，測(cè)得雙縫到屏的距離縫到屏的距離l為為0.700 m，由計(jì)算式，由計(jì)算式=_，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為_(kāi)m.6.6x10-74.如圖如圖13-2-9所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，其中甲所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，其中甲圖為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，屏上觀察到的條紋情況，圖為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，屏上觀察到的條紋情況，a為中為中央亮條紋；

16、乙圖為換用另一顏色的單色光實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到央亮條紋；乙圖為換用另一顏色的單色光實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的條紋情況，的條紋情況，a為中央亮條紋為中央亮條紋.則下列說(shuō)法正確的是則下列說(shuō)法正確的是A.乙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)乙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)B.乙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng)乙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng)C.乙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較短乙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較短D.乙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短乙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短( A)利用圖利用圖13-

17、2-10中的裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，有下面幾中的裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，有下面幾種說(shuō)法：種說(shuō)法：A.將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄B.將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬C.將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬D.換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄E.去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失其中正確的是：其中正確的是：_.ABD.如圖如圖13-2-11所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長(zhǎng)為所示

18、是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長(zhǎng)為600 nm的橙色光源照射單縫的橙色光源照射單縫S，在光屏中央，在光屏中央，P處觀察到亮條處觀察到亮條紋（紋（PS1=PS2），在位于），在位于P點(diǎn)上方的點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮紋點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮紋中心（即中心（即P1到到S1、S2的路程差為一個(gè)波長(zhǎng)）的路程差為一個(gè)波長(zhǎng)）.現(xiàn)換用波現(xiàn)換用波長(zhǎng)為長(zhǎng)為400 nm的紫光源照射單縫，則的紫光源照射單縫，則A.P和和P1仍為亮點(diǎn)仍為亮點(diǎn) B.P為亮點(diǎn)，為亮點(diǎn)，P1為暗點(diǎn)為暗點(diǎn)C.P為暗點(diǎn)，為暗點(diǎn)，P1為亮點(diǎn)為亮點(diǎn) D.P、P1均為暗點(diǎn)均為暗點(diǎn)( B)16在用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中：已知雙縫到光屏之間的距離是600mm，雙縫之間的距離是0.20mm，單縫到雙縫之間的距離是100mm，某同學(xué)在用測(cè)量頭測(cè)量時(shí)，先將測(cè)量頭目鏡中中看到的分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)某條亮紋（記作第1條）的中心，這時(shí)手輪上的示數(shù)如左圖所示。然后他轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第7條亮紋的中心，這時(shí)手輪上的示數(shù)如右圖所示。這兩次示數(shù)依次為_(kāi)mm和_mm。由此可以計(jì)算出本實(shí)驗(yàn)所用的單色