人教版選修34 實驗：用雙縫干涉測量光的波長 第1課時 教案.docx

13.4實驗：用雙縫干涉測量光的波長【教學目標】（一）知識與技能1掌握明條紋（或暗條紋）間距的計算公式及推導過程。2觀察雙縫干涉圖樣，掌握實驗方法。（二）過程與方法培養(yǎng)學生的動手能力和分析處理“故障”的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀體會用宏觀量測量微觀量的方法，對學生進行物理方法的教育?！窘虒W重點】雙縫干涉測量光的波長的實驗原理及實驗操作?！窘虒W難點】、l、d、的準確測量?！窘虒W方法】復習提問，理論推導，實驗探究【教學用具】雙縫干涉儀、光具座、光源、學生電源、導線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺【教學過程】（一）引入新課師：在雙縫干涉現(xiàn)象中，明暗條紋出現(xiàn)的位置有何規(guī)律？生：當屏上某點到兩個狹縫的路程差=2n，n=0、1、2時，出現(xiàn)明紋；當=（2n+1） ，n=0、1、2時，出現(xiàn)暗紋。師：那么條紋間距與波長之間有沒有關(guān)系呢？下面我們就來推導一下。（二）進行新課一、實驗目的 1. 了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的條件 2. 觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣 3. 掌握用公式x測定波長的方法 4. 會用測量頭測量條紋間距離二、實驗器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學生電源、導線、米尺. 三、實驗原理1.相鄰明紋(暗紋)間的距離x與入射光波長之間的定量關(guān)系推導如圖1341所示，雙縫間距d，雙縫到屏的距離l.雙縫s1、s2的連線的中垂線與屏的交點為p0.對屏上與p0距離為x的一點p，兩縫與p的距離ps1r1，ps2r2.在線段ps2上作pmps1，則s2mr2r1，因dl，三角形s1s2m可看作直角三角形有：r2r1dsin (令s2s1m)圖1341則：xltan lsin 有：r2r1d若p處為亮紋，則dk，(k0，1，2，)解得：xk.(k0，1，2，)相鄰兩亮紋或暗紋的中心距離：x. 2. 測量原理由公式x可知，在雙縫干涉實驗中，d是雙縫間距，是已知的；l是雙縫到屏的距離，可以測出，那么，只要測出相鄰兩明條紋(或相鄰兩暗條紋)中心間距x，即可由公式x計算出入射光波長的大小 3. 條紋間距x的測定圖1342如圖1342甲所示，測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，測量時先轉(zhuǎn)動測量頭，讓分劃板中心刻線與干涉條紋平行，然后轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板向左(向右)移動至分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊，如圖1342乙所示記下此時讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動手輪，用同樣的方法測出n個亮紋間的距離a，可求出相鄰兩亮紋間的距離x.課堂互動探究一、實驗過程 1. 按圖1343所示安裝儀器圖1343 2. 將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線上 3. 使光源發(fā)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(diào)節(jié)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) 4. 加裝濾光片，通過目鏡觀察單色光的干涉條紋，同時調(diào)節(jié)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(shù)，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)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(shù)和移過分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n. 5. 將兩次手輪的讀數(shù)相減，求出n條亮紋間的距離a，利用公式xa/(n1)，算出條紋間距，然后利用公式x，求出此單色光的波長(d儀器中已給出，l可用米尺測出) 6. 換用另一濾光片，重復步驟3、4、5，并求出相應的波長二、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軸線上，雙縫到單縫距離應相等 2 .測雙縫到屏的距離l可用米尺測多次取平均值 3. 測條紋間距x時，用測量頭測出n條亮(暗)紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮(暗)紋間的距離x.三、誤差分析本實驗為測量性實驗，因此應盡一切辦法減少有關(guān)測量的誤差 1. 雙縫到屏的距離l的測量誤差因本實驗中雙縫到屏的距離非常長，l的測量誤差不太大，但也應選用毫米刻度尺測量，并用多次測量求平均值的辦法減小相對誤差 2. 測條紋間距x帶來的誤差(1)干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心(3)測量多條亮條紋間距時讀數(shù)不準確典例分析：例1：利用圖1344中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時，有下面幾種說法：圖1344a將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄b將濾光片由藍色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬c將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬d換一個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)象消失其中正確的是_【解析】由條紋間距公式x，d指雙縫間距離，l是雙縫到屏的距離，可知：a項中l(wèi)減小，x變小；b項中變大，x變大；d項中d變大，x變小故a、b、d正確將單縫向雙縫移動一小段距離后，對條紋間距沒有影響，故c錯；濾光片的作用是為了得到單色光，去掉濾光片后，干涉條紋成為彩色條紋，故e錯【答案】abd例2：在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上，如圖1345甲所示，并選用縫間距d0.2 mm的雙縫屏從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離l700 mm.然后，接通電源使光源正常工作乙 丙圖1345(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50個分度某同學調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖1345乙(a)所示，圖1345乙(a)中的數(shù)字是該同學給各暗紋的編號，此時圖1345乙(b)中游標尺上的讀數(shù)x11.16 mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖1345丙(a)所示，此時圖1345丙(b)中游標尺上的讀數(shù)x2_ mm；(2)利用上述測量結(jié)果，經(jīng)計算可得兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離x_ mm；這種色光的波長_ nm.【解析】(1)由游標尺的讀數(shù)規(guī)則可知：x2(15.010.02) mm15.02 mm；(2)題圖乙(a)中暗紋與題圖丙(a)中暗紋間的間隔為6個，故x2.31 mm；由x可知6.6102 nm.【答案】(1)15.02(2)2.316.6102課堂練習 1.雙縫干涉實驗中，觀察到的某單色光的干涉圖樣是()a中間寬、兩邊窄的條紋b等寬度但不等間隔的條紋c平行、等間距的條紋d等間距但不平行的條紋【解析】熟記雙縫干涉條紋特點，由x知各間距相等【答案】c 2如圖1346所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫s時，在光屏p上觀察到干涉條紋，要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()圖1346a增大s1與s2的間距b減小雙縫屏到光屏的距離c將綠光換為紅光 d將綠光換為紫光【解析】雙縫干涉的條紋間距公式：x，增大s1與s2的間距就是增大d，所以條紋間距變小，a錯誤；減小雙縫屏到光屏的距離就是減小l，條紋間距減小，b錯誤；紅光波長比綠光波長長，紫光波長比綠光波長短，所以將綠光換為紅光可使條紋間距增大，c正確，d錯誤【答案】c 3. 某同學在做雙縫干涉實驗時，安裝好實驗裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于()a光束的中央軸線與遮光筒不一致，相差較大b濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度c單縫與雙縫不平行d光源發(fā)出的光太強【解析】安裝實驗器材時要注意：光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合，光源與光屏正面相對，濾光片、單縫和雙縫要在同一高度，中心位置在遮光筒的軸線上，單縫與雙縫要互相平行才能使實驗成功當然還要使光源發(fā)出的光束不能太暗，據(jù)上述分析可知選項a、c正確【答案】ac 4 .用雙縫干涉測光的波長實驗中采用雙縫干涉儀，它包括以下元件：a.白熾燈、b.單縫片、c.光屏、d.雙縫片、e.濾光片(其中雙縫和光屏連在遮光筒上)(1)把以上元件安裝在光具座上時，正確的排列順序是：_.(2)正確調(diào)節(jié)后，在屏上觀察到紅色的干涉條紋，用測量頭測出10條紅亮紋間的距離為a；改用綠色濾光片，其他條件不變，用測量頭測出10條綠亮紋間的距離為b，則一定有a_b(填“大于”“等于”或“小于”)【答案】(1)aebdc(2)大于 5 .用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離d0.20 mm，雙縫到毛玻璃屏間的距離為l75.0 cm，如圖1347甲所示，實驗時先轉(zhuǎn)動如圖乙所示的測量頭上的手輪，使與游標卡尺相連的分劃線對準如圖丙所示的第1條明條紋，此時卡尺的主尺和游標尺的位置如圖戊所示，則游標卡尺的讀數(shù)x1_ mm，然后再轉(zhuǎn)動手輪，使與游標卡尺相連的分劃線向右邊移動，直到對準第5條明條紋，如圖丁所示，此時卡尺的主尺和游標尺的位置如圖己所示，則游標卡尺的讀數(shù)x2_ mm，由以上已知數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)，則該單色光的波長是_ mm.甲乙丙丁戊己圖1347【解析】由游標卡尺讀數(shù)規(guī)則讀出x10.3 mm，x29.5 mmx mm mm6.1104 mm.【答案】0.39.56.1104 6(1)某同學用如圖1348甲所示的實驗裝置，做“用雙縫干涉測光的波長”的實驗，他用帶有游標尺的測量頭(如圖乙所示)測量相鄰兩條亮條紋間的距離x.轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對齊某一條亮條紋(將這一條紋確定為第1亮條紋)的中心，此時游標尺上的示數(shù)情況如圖丙所示；轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對齊第6條亮條紋的中心，此時游標尺上的示數(shù)情況如圖丁所示，則圖丙的示數(shù)x1_ mm；圖丁的示數(shù)x2_ mm.如果實驗中所用的雙縫間的距離d0.20 mm.雙縫到屏的距離l60 cm，則計算波長的表達式_(用已知量和直接測量量的符號表示)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可得實驗中測出的光的波長_ m.甲 乙丙 丁圖1348(2)在上述實驗中，以白光為光源，將光源與單縫間的濾光片取走，在屏上能觀察到彩色干涉條紋，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)，這時_(填字母代號)a只有紅色和綠色的干涉條紋，其他顏色的干涉條紋消失b紅色和綠色的干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋仍然存在c任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光d屏上無任何亮點【解析】(1)由丙圖可看出，個位為0，