新教材高中物理人教版选择性必修 第一册44 实验用双缝干涉测量光的波长学案.docx

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新教材高中物理人教版选择性必修第一册44实验用双缝干涉测量光的波长学案

实验：

用双缝干涉测量光的波长

【学习目标】

1．了解“双缝干涉测量光的波长”的实验原理和实验器材，进一步理解影响干涉条纹间距的因素。

2．观察干涉图样，加深对干涉图样的认识和理解。

3．通过实验，学会用光的干涉测定单色光的波长。

【学习重难点】

1．观察干涉图样，加深对干涉图样的认识和理解。

2．通过实验，学会用光的干涉测定单色光的波长。

【学习过程】

一、知识回顾

1．产生稳定的干涉条纹的条件：

__________________________。

2．

（1）半波长的偶数倍时出现_____条纹；

（2）半波长的奇数倍时出现_____条纹。

3．同样条件的双缝实验，用不同的色光得到的相邻亮（暗）条纹间的宽度_____。

关系式：

_______________

4．单色光干涉条纹的特点是__________的，__________的。

二、新课学习

（一）实验原理

1．实验原理式：

_______________。

2．公式中各物理量的含义是：

：

__________________________。

：

__________________________。

：

__________________________。

：

_________________________。

（二）实验装置

1．认识实验仪器：

写出仪器中各部分的名称

2．实验仪器的调节：

①光源、透镜、遮光筒等应该__________。

调节方法：

调节光源和透镜的高度，让两者和遮光筒等高。

在未安装单缝和双缝时，能从遮光筒的另一端看到光源。

②双缝应该__________放置。

③单缝、双缝的放置方向应__________。

调节方法：

可以通过拨杆来调节单缝的放置方向。

3．观察白光的干涉图样：

（1）看不到图样或图样较暗。

原因：

______________________________。

（2）干涉条纹是斜的。

原因：

______________________________。

（3）条纹不清晰。

原因：

______________________________。

4．观察红光和蓝光的干涉图样：

红光双缝间距0.18mm

红光双缝间距0.36mm

蓝光双缝间距0.36mm

（三）物理量的测量

1．?

?

的测量

测量方式：

双缝到屏的距离?

?

可以用__________测出。

2．?

?

?

?

的测量

测量头：

测量?

?

个亮条纹间的距离?

?

，则：

∆?

?

__________。

注意在测量n个亮条纹的距离时，要朝____________________旋转测量头。

最后用公式求出光的波长：

。

（四）拓展：

其他的测量方法

1．__________

2．__________

3．__________

4．__________

5．__________

【课堂练习】

1．在做双缝干涉实验时，用普通的白光做光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现（）

A．红色干涉条纹B．绿色干涉条纹

C．红绿相间的干涉条纹D．无干涉条纹，但有亮光

答案：

D

2．在杨氏双缝干涉实验中，保持双缝到屏的距离不变，调节双缝间距离，当距离增大时，干涉条纹距离将变________，当距离减小时，干涉条纹间距将变________。

答案：

小大

3．用单色光做双缝干涉实验时，测得双缝间距离为0.4mm，双缝到屏的距离为1m，干涉条纹间距为1.5mm，求所用光波的波长。

答案：

6×10-7m

4．光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。

发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用，光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85μm的单色光。

而上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06μm的单色光，这样操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。

根据以上信息，回答下列问题：

（1）在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？

（2）为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？

（已知光纤纤芯的折射率为1.47）

答案：

（1）157μm，

（2）如果上行光信号和下行光信号频率相同，会发生干涉现象。

相互间产生干扰。

5．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．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在

C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

解析：

题目中给出的条件是：

以白光为光源时，在屏幕上得到了彩色的干涉条纹。

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），那么，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错。

虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。

答案：

C

6．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（）

A．相邻干涉条纹之间距离相等

B．中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍

C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大

D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距

答案：

A

7．如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d，则（）

A．距O点最近的一条暗纹必是d=

/2

B．对屏上某点d=n

/2（n为正整数）时，出现暗纹

C．距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹

D．用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小

答案：

AD

8．在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行。

当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离Δx=________，双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量，用公式________可以测出单色光的波长。

答案：

光源、滤光片、单缝、双缝

毫米刻度尺Δx=

9．用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.2×10-3m，测得双缝到屏的距离为0.700m，分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10-3m，第四级亮条纹所在位置为7.470×10-3m，求红光的波长。

若改用蓝光做实验，其他条件不变，则干涉条纹宽度如何变化？

答案：

6.922×10-7m变窄

课时作业18　实验：

用双缝干涉测量光的波长

时间：

45分钟

一、选择题（1～6为单选，7～9为多选）

1．杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是（n为自然数，λ为光波波长）（　D　）

①在距双缝的路程相等的点形成暗条纹；②在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹；③在距双缝的路程差为n

的点形成亮条纹；④在距双缝的路程差为

λ的点形成暗条纹．

A．①②B．②③

C．③④D．②④

解析：

在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差Δx为波长的整数倍时，即Δx＝kλ（k＝0,1,2,3，…），这点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差Δx为半波长的奇数倍时，即Δx＝（2k＋1）

（k＝0,1,2,3，…），这点为减弱点，该处出现暗条纹．

2．在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589nm的光，在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm，则双缝的间距为（　C　）

A．2.06×10－7mB．2.06×10－4m

C．1.68×10－4mD．1.68×10－3m

解析：

在双缝干涉实验中，相邻明条纹间距Δx、双缝间距d与双缝到屏的距离l间的关系为Δx＝

λ，则双缝间距d＝

＝

m≈1.68×10－4m.

3．用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是（　A　）

A．相邻干涉条纹之间距离相等

B．中央亮条纹宽度是两边亮条纹宽度的两倍

C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大

D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小

解析：

由于干涉条纹间的距离Δx＝

λ，相邻干涉条纹之间的距离相等，因为红光的波长较大，所以条纹间距大．双缝与屏之间的距离越大，干涉条纹间的距离越大，故选项A正确，选项B、C、D均错误．

4．在双缝干涉实验中，双缝的作用是（　B　）

A．遮住过于强烈的光

B．形成两个振动情况相同的光源

C．使白光变成单色光

D．使光发生折射

解析：

干涉现象中，只有频率相同，振动情况相同，相差恒定的相干光源才能产生干涉条纹，照到双缝的光来自同一光源，所以可形成两个振动情况相同的相干光源，选项B正确．

5．如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是（　A　）

A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长

B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长

C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短

D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短

解析：

由公式Δx＝

λ知波长越长条纹间距越大，红光波长比紫光大，故选项A正确．

6．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　C　）

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

解析：

由Δx＝

λ知，增大S1与S2的间距d或减小双缝屏到光屏的距离l时，条纹间距变小，选项A、B错误；将绿光换为红光，波长变大，条纹间距变大，选项C正确；将绿光换为紫光，波长变小，条纹间距变小，选项D错误．

7．某同学在做双缝干涉实验时，安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于（　AC　）

A．光束的中央轴线与遮光筒不一致，相差较大

B．滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度

C．单缝与双缝不平行

D．光源发出的光太强

解析：

安装实验器材时要注意：

光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒的轴线上，单缝与双缝要互相平行才能使实验成功．当然还要使光源发出的光束不能太暗，据上述分析可知选项A、C正确．

8．在光的双缝干涉实验中，下列说法中正确的是（　CD　）

A．屏上的明条纹是光波叠加的结果，而暗条纹是该处没有叠加的结果

B．明条纹的宽度大于暗条纹的宽度

C．黄光产生的干涉条纹间距比绿光产生的干涉条纹间距大

D．当把屏向远离双缝的位置移动时，屏上的干涉条纹间距变大

解析：

双缝干涉中出现的明暗相间的条纹是光波叠加的结果，明条纹是干涉加强的结果，而暗条纹是干涉减弱的结果，且明、暗条纹的宽度相等，A、B错误；由于黄光的波长比绿光大，故黄光产生的干涉条纹间距比绿光产生的干涉条纹间距大，C正确；当把屏向远离双缝的位置移动时，屏上的干涉条纹间距Δx＝

λ显然随之变大，D正确．

9．在杨氏双缝干涉实验中，如果（　BD　）

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，屏上将呈出红黑相间的条纹

C．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

D．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹

解析：

双缝干涉实验中，用白光作为光源，将得到彩色条纹，用红光作为光源将得到红、黑相间条纹．用不同颜色的光分别照射两缝，得不到干涉条纹．用单色光照一条缝，得到衍射条纹．

二、非选择题

10．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d＝0.20mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为L＝75.0cm，如图（a）所示，实验时先转动如图（b）所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图（c）所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图（e）所示，则游标卡尺上的读数x1＝0.2mm，然后再转动，直到对准第5条明条纹，如图（d）所示，此时卡尺的主尺和游标的位置如图（f）所示，则游标卡尺上的读数x2＝9.6mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是6.3×10－4mm.

解析：

由游标卡尺读数规则读出x1＝0.2mm，

x2＝9.6mm，Δx＝

＝

mm，

λ＝

＝

mm＝6.3×10－4mm.

11．在做双缝干涉实验时，用波长λ1＝0.60μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上，结果发现已知波长的光第4级明条纹和未知波长的光第5级明条纹重合，则未知的光的波长是多少？

答案：

0.48μm

解析：

设未知的光的波长为λ2，出现明条纹的条件是：

x＝klλ/d，k＝0，±1，±2，…依题意有x4＝4lλ1/d，x5＝5lλ2/d，x4＝x5，故λ2＝

＝

×0.60μm＝0.48μm.

12．如果在双缝干涉实验的遮光筒内充满某种透明介质（折射率为n），保持入射光源、双缝间距、双缝到屏的距离都不变，则屏上相邻两明（暗）条纹的间距变为原来的多少？

答案：

解析：

设光在空气中的波长为λ0，在介质中传播时，光的频率不变，波长和波速改变．介质中的光速和波长分别为：

v＝

，λ＝

＝

·

＝

.根据相邻条纹的间距公式Δx＝

λ可知，在介质中相邻两个明（暗）条纹的间距仅为真空（空气）中的

，即条纹会变密．