高中物理光的干涉實驗用精第1頁/共50頁目標定位1.知道光的干涉現象，知道光是一種波.2.理解相干光源和產生干涉現象的條件.3.理解明暗條紋的成因及出現明暗條紋的條件.4.了解雙縫干涉測量光的波長的實驗原理，能夠利用雙縫干涉實驗測量單色光的波長.第3講光的干涉實驗：用雙縫干涉測量光的波長第2頁/共50頁1預習導學梳理·識記·點撥

2課堂講義理解·深化·探究3對點練習鞏固·應用·反饋第3頁/共50頁一、楊氏干涉實驗1.1801年，英國物理學家

成功地觀察到了光的干涉現象.2.讓一束單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距很近，狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是

的.這兩個波源發出的光在擋板后面的空托馬斯·楊相同第4頁/共50頁間互相疊加，發生干涉現象，擋板后面的屏上得到_________的條紋.這種現象證明光是一種

.二、出現明、暗條紋的條件當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的

時(即恰好等于波長的

時)，兩列光在這點相互加強，這里出現

；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的

時，兩列光在這點

，這里出現暗條紋.明暗相間波偶數倍整數倍亮條紋奇數倍相互削弱第5頁/共50頁三、實驗：用雙縫干涉測量光的波長1.實驗原理：相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx＝

，根據這個公式，可以測出波長.2.觀察雙縫干涉圖樣時注意使單縫與雙縫相互

，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上.平行第6頁/共50頁3.測定單色光的波長在Δx＝

λ中，雙縫間的距離d是已知的，雙縫到屏的距離l可以用

測出，相鄰兩條亮條紋間的距離Δx需用_______測出.米尺測量頭第7頁/共50頁想一想實驗中為什么不直接測出相鄰兩條亮條紋間的距離Δx，而要測出n個亮條紋間的距離，再求平均值？答案由于光的波長很小，實驗中條紋寬度很小，直接測出一條條紋的寬度不準確或較難實現，只能先測出n個條紋間距，再求相鄰亮條紋間的距離，這樣既便于測量，又可以減小誤差.第8頁/共50頁一、楊氏雙縫干涉實驗1.雙縫干涉的裝置示意圖圖1第9頁/共50頁實驗裝置如圖1所示，有光源、單縫、雙縫和光屏.(1)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況.也可用激光直接照射雙縫.(2)雙縫的作用：一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光.2.產生干涉的條件：兩列光的頻率相同、相位相同、振動方向相同.本實驗中是靠“一分為二”的方法獲得兩個相干光源的.第10頁/共50頁3.干涉圖樣(1)若用單色光作光源，則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋.(2)若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中間條紋是白色的.4.實驗結論：證明光是一種波.第11頁/共50頁例1

在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時(

)A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失第12頁/共50頁B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D.屏上無任何光亮解析分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發生干涉，因此屏上不會出現干涉條紋，但仍有光亮.答案C第13頁/共50頁借題發揮明確兩列光波發生干涉的條件，知道不同色光的頻率不同，是對此類問題做出正確判斷的關鍵.第14頁/共50頁二、屏上某處出現亮、暗條紋的條件1.亮條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的整數倍或半波長的偶數倍.即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)k＝0時，PS1＝PS2，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋.k為亮條紋的級次.第15頁/共50頁2.暗條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數倍.即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側展開.第16頁/共50頁例2

如圖2所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600nm的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點上方的P1點出現第一條亮條紋(即P1到S1、S2的光程差為一個波長)，現換用波長為400nm的紫光源照射單縫，則(

)A.P和P1仍為亮點

B.P為亮點，P1為暗點C.P為暗點，P1為亮點

D.P、P1均為暗點圖2第17頁/共50頁解析從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點的路程差為零，因此是亮條紋中心，因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點都是中央亮條紋中心.而分別由S1、S2射出的光到P1點的路程差剛好是橙光的一個波長，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙.當換用波長為400nm的紫光時，|P1S1－P1S2|＝600nm＝

λ紫，則兩列第18頁/共50頁光波到達P1點時振動情況完全相反，即分別由S1、S2射出的光到達P1點時相互削弱，因此，在P1點出現暗條紋.綜上所述，選項B正確.答案

B第19頁/共50頁借題發揮判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值，要記住光程差等于波長整數倍處出現亮條紋，等于半波長奇數倍處為暗條紋，還要注意這一結論成立的條件是：兩個光源情況完全相同.第20頁/共50頁針對訓練如圖3所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點出現第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1－r2|應為(

)圖3第21頁/共50頁答案D第22頁/共50頁三、用雙縫干涉測光的波長1.實驗原理(1)光源發出的光經濾光片成為單色光，單色光通過單縫后相當于線光源，經雙縫產生穩定的干涉圖樣，通過屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋.第23頁/共50頁(2)若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮紋間的距離用Δx表示，則入射光的波長為λ＝

.實驗中d是已知的，測出l、Δx即可測出光的波長λ.第24頁/共50頁2.實驗步驟(1)按如圖4所示安裝儀器.圖4(2)將光源中心、單縫中心、雙縫中心調節在遮光筒的中心軸線上.第25頁/共50頁(3)使光源發光，在光源和單縫之間加紅(綠)色濾光片，讓通過后的條形光斑恰好落在雙縫上，通過遮光筒上的測量頭，仔細調節目鏡，觀察單色光的干涉條紋；撤去濾光片，觀察白光的干涉條紋(彩色條紋).第26頁/共50頁(4)加裝濾光片，通過目鏡觀察單色光的干涉條紋，同時調節手輪，分劃板的中心刻線對齊某一條紋的中心，記下手輪的讀數，然后繼續轉動使分劃板移動，直到分劃板的中心刻線對齊另一條紋中心，記下此時手輪讀數和移過分劃板中心刻度線的條紋數n.第27頁/共50頁(5)將兩次手輪的讀數相減，求出n個亮條紋間的距離a，由Δx＝

，算出條紋間距，然后利用公式λ＝

Δx，求出此單色光的波長λ(d、l儀器中都已給出).(6)換用另一濾光片，重復步驟(3)、(4)，并求出相應的波長.第28頁/共50頁3.注意事項(1)單縫、雙縫應相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心軸線上，雙縫到單縫的距離應相等.(2)測雙縫到屏的距離l時，用毫米刻度尺測多次取平均值.(3)測條紋間距Δx時，采用累積法，即用測量頭測出n條亮條紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮條紋間的距離Δx＝

.第29頁/共50頁例3

現有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在圖5所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長.(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、______、A.圖5第30頁/共50頁解析濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上.所以排列順序為：C、E、D、B、A.答案

(1)E、D、B第31頁/共50頁(2)本實驗的步驟有：①取下遮光筒左側的元件，調節光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；③用米尺測量雙縫到屏的距離；④用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮紋間的距離.在操作步驟②時還應注意__________________________________.第32頁/共50頁解析在操作步驟②時還應注意：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行.答案

放置單縫、雙縫時，必須使縫平行第33頁/共50頁(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數如圖6甲所示.然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數______mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為________mm.圖6第34頁/共50頁解析測量頭的讀數應該：先讀整數刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度，題圖乙讀數為13.870mm，題圖甲讀數為2.320mm，所以相鄰條紋間距Δx＝

mm＝2.310mm.答案

13.870

2.310

第35頁/共50頁(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為________nm.6.6×102第36頁/共50頁楊氏雙縫干涉實驗1.在楊氏雙縫干涉實驗中，如果(

)A.用白光作為光源，屏上將呈現黑白相間的條紋B.用紅光作為光源，屏上將呈現紅黑相間的條紋C.若僅將入射光由紅光改為紫光，則條紋間距一定變大D.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋第37頁/共50頁解析用白光做楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現彩色條紋，A錯；用紅光作為光源，屏上將呈現紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，B對；λ變小，Δx變小，C錯；紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，D錯.答案B第38頁/共50頁明、暗條紋的判斷2.在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6μm，若分別用頻率為f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點出現明、暗條紋的情況是(

)A.用單色光f1和f2分別照射時，均出現明條紋B.用單色光f1和f2分別照射時，均出現暗條紋C.用單色光f1照射時出現明條紋，單色光f2照射時出現暗條紋D.用單色光f1照射時出現暗條紋，單色光f2照射時出現明條紋第39頁/共50頁解析單色光f1的波長：單色光f2的波長：因P點到雙縫的距離之差Δx＝0.6μm＝λ1，第40頁/共50頁所以用單色光f1照射時P點出現亮條紋.Δx＝0.6μm＝

λ2，所以用單色光f2照射時P點出現暗條紋，故選項C正確.答案C第41頁/共50頁3.如圖7所示，用單色光做雙縫干涉實驗，P處為第二條暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實驗(其他條件不變)時，則同側第二條暗條紋的位置(

)A.仍在P處B.在P點上方C.在P點下方D.要將屏向雙縫方向移近一些才能看到圖7第42頁/共50頁解析由λ＝

知f變小，λ變大.若出現第二條暗條紋，則P到雙縫的光程差Δr＝

λ，當λ變大時，Δr也要變大，故第二條暗條紋的位置向上移，在P點上方，B正確.答案

B第43頁/共50頁用雙縫干涉測光的波長4.在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，若已知雙縫間的距離d.(1)若測定綠光的波長，應選用________色的濾光片.實驗時需要測定的物理量有_______________和______________.解析由于測量綠光的波長，因此應用綠色濾光片.由Δx＝

λ可知要想測λ必須測定雙縫到屏的距離l和條紋間距Δx.綠