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.doc

13.4實驗：用雙縫干涉測光的波長【教學(xué)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(dǎo)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(xué)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(xué)生進行物理方法的教育?！窘虒W(xué)重點】雙縫干涉測量光的波長的實驗原理及實驗操作。【教學(xué)難點】、l、d、的準確測量?！窘虒W(xué)方法】復(fù)習(xí)提問，理論推導(dǎo)，實驗探究【教學(xué)用具】雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺【教學(xué)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(dǎo)一下。（二）進行新課實驗?zāi)康模?. 明確實驗器材的構(gòu)成及其作用.2.觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣.3.測定單色光的波長.實驗原理：圖14-11、光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，干涉條紋可從屏上觀察到.圖樣中相鄰兩條亮(暗)紋間的距離x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長之間滿足 .通過測量d、l、x就可計算出光的波長.2、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（暗）紋間的距離x用_（如圖實14-1）測出.測量頭由_、_、_等構(gòu)成.轉(zhuǎn)動手輪，分劃板會左右移動.測量時，應(yīng)使分劃板中心刻線對齊條紋的_（如圖實14-2），記下此時手輪上的讀數(shù).圖14-2轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線對齊另一條紋的中心，記下此時手輪上的讀數(shù).兩次讀數(shù)_就表示這兩條條紋間的距離.實驗器材：雙縫干涉儀、米尺、測量頭.實驗步驟：、觀察雙縫干涉圖樣：1如圖實14-3所示，把直徑約10cm、長約1m的遮光簡水平放在光具座上，筒的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏. 圖14-32取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮.3放好單縫和雙縫，單縫和雙縫間的距離約為5 cm10 cm，使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時在屏上就會看到白光的雙縫干涉圖樣.4. 在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的雙縫干涉圖樣.5分別改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化.測定單色光的波長： 6已知雙縫間的距離，用米尺測出雙縫到屏的距離，用測量頭測出相鄰兩條亮(暗)紋間的距離，由，算單色光的波長.為了減小誤差，可測出條亮紋(暗)紋間的距離，則可以求出相鄰兩條亮（暗）紋間的距離.例如，轉(zhuǎn)動測量頭上的手輪，把分劃板上的刻線對準視場左邊的某一亮條紋（記下讀數(shù)），把分劃板向右移動，使之對齊第7條亮條紋（記下讀數(shù)），則 .圖14-47換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應(yīng)色光的波長.（二）、注意事項：1單縫雙縫應(yīng)相互平行，其中心位于遮光筒的軸線上，雙縫到單縫的距離應(yīng)相等.2測雙縫到屏的距離，可用米尺測多次取平均值.3測條紋間距時，用測量頭測出條亮（暗）紋間的距離，求出相鄰的兩條明（暗）紋間的距離 .4.雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒，測量頭等元件。5.濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙或干凈軟片輕輕擦去。6.安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行。7.光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。8.調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸線所致，干涉條紋不清晰一般主要原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)。（三）、數(shù)據(jù)處理方法單色光波長的求解：范例：用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離的大小恰好是圖實14-5中游標卡尺的讀數(shù)，雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小也由圖實14-6中毫米刻度尺讀出.實驗時先移動測量頭上的手輪，把分化線對準靠近最左邊的一條明條紋（如圖實14-7所示），并記下螺旋測微器的讀數(shù)（如圖實14-8所示），然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右邊移動，直到對準第7條明條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)（如圖實14-9所示），試由以上測量數(shù)據(jù)求該單色光的波長. 圖14-5圖14-6圖14-8圖14-9圖14-7 由圖實14-5讀得所用雙縫間距d0.25mm.圖實14-6中雙縫的位置，毛玻璃屏的位置，則雙縫到屏的間距.圖簡譜14-8和圖14-4-9中手輪的初始讀數(shù)為，轉(zhuǎn)動手輪，分劃板中心刻線移動到第7條線時手輪讀數(shù)，則相鄰亮條紋間的距離 .（四）、誤差來源及分析1.光波的波長很小，、的測量對波長的影響很大.2.在測量時，一般用毫米刻度尺，而測量時，用千分尺.3.多次測量求平均值減小偶然誤差.例題 現(xiàn)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(xué)元件，要把它們放在圖實14-10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.將白光光源c放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為c、_、a.圖14-10本實驗的步驟有：取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；用米尺測量雙縫到屏的距離；用測量頭（其讀數(shù)方法同螺旋測微器）測量數(shù)條亮紋間的距離.在操作步驟時還應(yīng)注意_和_.圖14-11035 30104035圖14-12將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖實14-11所示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖實14-12中手輪上的示數(shù)_mm，求得相鄰亮紋的間距x為_mm.已知雙縫間距d為2.010-4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式=_，求得所測紅光波長為_nm.【思路點撥】濾光片e是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取點光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏.所以排列順序為：、.在操作步驟時應(yīng)注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫間的距離大約為5cm10cm；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上.螺旋測微器的讀數(shù)應(yīng)該：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度，讀數(shù)為13.870mm.圖中讀數(shù)為2.320mm，所以相鄰條紋間距：由條紋間距公式得：，代入數(shù)值得：.四、課堂訓(xùn)練：1.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（如圖實14-13 1），并選用縫間距d=0.2mm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l=700mm。然后，接通電源使光源正常工作。 已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同學(xué)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2（a）所示，圖2（a）中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號，此時圖2（b）中游標尺上的讀數(shù)x1=1.16mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖3（a）所示，此時圖3（b）中游標尺上的讀數(shù)x2= ； 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= mm；這種色光的波長= nm。解析：由游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知x2=15.0mm+10.02mm=15.02mm；圖2（a）中暗紋與圖3（a）中暗紋間的間隔為6個，故x=（x2- x1）/6=(15.02-1.16)/6=2.31mm；由x=l/d可知=dx/l=0.20mm2.31mm/700mm=6.6102nm。2.（1）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1），并選用縫間距d=0.2mm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l=700mm。然后，接通電源使光源正常工作。 已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同學(xué)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2（a）所示，圖2（a）中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號，此時圖2（b）中游標尺上的讀數(shù)x1=1.16mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖3（a）所示，此時圖3（b）中游標尺上的讀數(shù)x2= ； 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= mm；這種色光的波長= nm?！窘馕觥坑捎螛丝ǔ叩淖x數(shù)規(guī)則可知x2=15.0mm+10.02mm=15.02mm；圖2（a）中暗紋與圖3（a）中暗紋間的間隔為6個，故x=（x2x1）/6=(15.021.16)/6=2.31mm；由x=l/d可知：=dx/l=0.20mm2.31mm/700mm=6.6102nm。答案 15.02 2.31；6.6102作業(yè)：1在做雙縫干涉實驗時，用普通的白光做光源，若在雙縫處把一縫用紅色玻璃擋住，另一縫用綠色玻璃擋住，則屏上會出現(xiàn) （ ）a紅色干涉條紋 b綠色干涉條紋c紅綠相間的干涉條紋 d無干涉條紋，但有亮光答案：d2在楊氏雙縫干涉實驗中，保持雙縫到屏的距離不變，調(diào)節(jié)雙縫間距離，當距離增大時，干涉條紋距離將變_，當距離減小時，干涉條紋間距將變_.答案：小，大 3用單色光做雙縫干涉實驗時，測得雙縫間距離為0.4 mm，雙縫到屏的距離為1 m，干涉條紋間距為1.5 mm，求所用光波的波長。答案：610-7 m4光纖通信是70年代以后發(fā)展起來的新興技術(shù)，世界上許多國家都在積極研究和發(fā)展這種技術(shù)。發(fā)射導(dǎo)彈時，可在導(dǎo)彈后面連一根細如蛛絲的光纖，就像放風(fēng)箏一樣，這種纖細的光纖在導(dǎo)彈和發(fā)射裝置之間，起著雙向傳輸信號的作用，光纖制導(dǎo)的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85 m的單色光。而上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長為1.06 m的單色光，這樣操縱系統(tǒng)通過這根光纖向?qū)棸l(fā)出控制指令，導(dǎo)彈就如同長“眼睛”一樣盯住目標。根據(jù)以上信息，回答下列問題：（1）在光纖制導(dǎo)中，上行光信號在真空中波長是多少？（2）為什么上行光信號和下行光信號要采用兩種不同頻率的光？（已知光纖纖芯的折射率為1.47）答案：（1）157 m，（2）如果上行光信號和下行光信號頻率相同，會發(fā)生干涉現(xiàn)象。相互間產(chǎn)生干擾。5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），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b紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在c任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但在屏上仍有光亮d屏上無任何光亮解析：題目中給出的條件是：以白光為光源時，在屏幕上得到了彩色的干涉條紋。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），那么，從雙縫射出的則是頻率不