實驗用雙縫干涉測量光的波長教案

1、實驗：用雙縫干涉測量光的波長【教案目標(biāo)】（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。【教案重點】雙縫干涉測量光的波長的實驗原理及實驗操作?！窘贪鸽y點】X、L、d、入的準(zhǔn)確測量?！窘贪阜椒ā繌?fù)習(xí)提問，理論推導(dǎo)，實驗探究【教案用具】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【教案過程】（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

2、：當(dāng)屏上某點到兩個狹縫的路程差A(yù)二2i-，n=0、1、2時，出現(xiàn)明紋；當(dāng)A=（2n+1）,n=0、1、2時，出現(xiàn)暗紋。2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1 .實驗原理師：投影下圖及下列說明設(shè)兩縫Si、S2間距離為d,它們所在平面到屏面的距離為1,且l>>d, O是S1S2的中垂線與屏的交點，。到6、a距離相等。推導(dǎo)：（教師板演，學(xué)生表達(dá)）由圖可知SiP=ri師：ri與x間關(guān)系如何生：ri2=l2+（x-d） 22師：2呢生：22=|2+ （X+d） 22師：路程差|ri-2|呢（大部分學(xué)生沉默，因為兩根式之差不能進行深入運算）師：我們可不可

3、以試試平方差 222 -門=（2-門）（2+門）=2dXd由于l>>d,且1>>x,所以i+r2=1,這樣就好辦了， r2-門=&=xl師：請大家別忘了我們的任務(wù)是尋找Ax與入的關(guān)系。與波長有聯(lián)系嗎生：有。師：好，當(dāng) &=2n 一，n=0、i、2時，出現(xiàn)亮紋。2即d x=2n 一時出現(xiàn)亮紋，或?qū)懗?x=n_Ll 2d第n條和第（n-i）條（相鄰）亮紋間距離Ax為多少呢生：Ax=xn-xn-il=n- （n-i）一d師：也就是 /x= 入d我們成功了 ！大家能用語言表述一下條紋間距與波長的關(guān)系嗎生：成正比。師：對，不過大家別忘了這里I、d要一定。暗紋間距大

4、家說怎么算生：一樣。師：結(jié)果如何生：一樣。師：有了相鄰兩個亮條紋間距公式Ax=-九我們就可以用雙縫干涉實驗來測量光的波d長了。2 .觀察雙縫干涉圖樣（教師指導(dǎo)學(xué)生按步驟進行觀察，也可引導(dǎo)學(xué)生先設(shè)計好步驟，分析研究后再進行， 教師可將實驗步驟投影）步驟：(1)按課本圖-2,將光源、單縫、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。(2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光；(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏；(4)安裝單縫和雙縫，使雙縫與單縫平行，二者間距約510 cm.;(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。(6)那走濾光片，觀察白光的干涉條紋。(教師指導(dǎo)學(xué)生分別

5、觀察紅色、紫色等不同顏色的單色光的干涉圖樣，比較不同色光干涉條紋寬度，與課本第 59頁彩圖-3對照，得出結(jié)論：紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條 紋間距(注意其他條件相同，進行實驗)。對于同種色光，改變雙縫間距d,得出結(jié)論：雙縫間距d越小，條紋間距越大。觀察線狀白熾燈的干涉條紋，與課本 60頁圖彩圖對比，得 出結(jié)論：白光的干涉條紋是彩色的。)3 .測定單色光的波長(教師指導(dǎo)學(xué)生按步驟進行測量，也可引導(dǎo)學(xué)生先設(shè)計好步驟，分析研究后再進行， 教師可將實驗步驟投影)步驟：(1)安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋；(2)使分劃板中心刻線對齊某條(記為第1條)亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù) ai,轉(zhuǎn)動手

6、輪，使分劃板中心刻線移動，當(dāng)中心刻線與第n條亮紋中央對齊，記下移動的條紋數(shù)a2 a1n和移動后手輪的讀數(shù) a2,則相鄰兩條紋間的距離x 。n 1(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間距離L;(4)用游標(biāo)卡尺測量雙縫間距 d (這一步也可省去，d在雙縫玻璃上已標(biāo)出)；(5)重復(fù)測量、計算，求出波長的平均值；(6)換用不同濾光片，重復(fù)實驗。說明：實驗過程中教師要注意指導(dǎo)：(1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器，實驗前教師要指導(dǎo)學(xué)生輕拿輕放，不要隨便 拆分遮光筒，測量頭等元件，學(xué)生若有探索的興趣應(yīng)在教師指導(dǎo)下進行。(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會粘附灰塵，要指導(dǎo)學(xué)生用擦鏡紙輕輕擦拭，不用 其他物品擦拭或口吹

7、氣除塵。(3)指導(dǎo)安裝時，要求學(xué)生注意調(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、雙縫平行且豎直，引導(dǎo)學(xué)生分析理由。(4)光源使用線狀長絲燈泡，調(diào)節(jié)時使之與單縫平行且靠近。(5)實驗中會出現(xiàn)像屏上的光很弱的情況.主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致；干涉條紋的清晰與否與單縫和雙縫是否平行很有關(guān)系.因此(3) (4)兩步要求應(yīng)在學(xué)生實驗中引導(dǎo)他們分析，培養(yǎng)分析問題的能力。,教師要鼓勵他們分析查找原因。(6)實驗過程中學(xué)生還會遇到各種類似故障（三）課堂總結(jié)、點評通過今天的學(xué)習(xí)，我們掌握了干涉條紋的間距與光的波長之間的定量關(guān)系，即Ax=-八d并利用上式測量了光

8、的波長。該實驗為我們提供了一種用宏觀量測量微觀量的方法。（四）課余作業(yè)完成P60問題與練習(xí)”的題目。附：課后訓(xùn)練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(dāng)距離增大 時，干涉條紋距離將變 ,當(dāng)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mm,雙縫到屏的距離為 1 m,干涉條紋間距為 mm,求所用光波的波長。答案：6X10

9、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(xì)如蛛絲的光纖，就像放風(fēng)箏一樣，這種纖細(xì)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)的下行光信號是錢鋁神激光器發(fā)出的在纖芯中波長為pm的單色光。而上行光信號是錮錢神磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長為 pm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(biāo)。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）答案

10、：（1） 157（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.屏上無任何光亮若在解讀：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。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

11、（只能透過綠 光），那么，從雙縫射出的則是頻率不同的紅色光和綠色光，所以不可能產(chǎn)生干涉條紋，故A、D錯；而其他顏色的光不可能透過濾光片，故B亦錯.雖然不能產(chǎn)生干涉條紋，但仍有光照在屏上，故C對。答案：C6 .用單色光做雙縫干涉實驗，下列說法正確的是A.相鄰干涉條紋之間距離相等B.中央明條紋寬度是兩邊明紋寬度的兩倍C.屏與雙縫之間距離減小，則屏上條紋間的距離增大D.在實驗裝置不變的情況下，紅光的條紋間距小于藍(lán)光的條紋間距解讀：因為雙縫干涉的條紋寬/x=-,可見條紋寬應(yīng)是相等的，A正確，BC錯，又因d為 紅藍(lán)，所以 M紅Ax藍(lán)，故D錯.答案：ASi、S2到屏上某點S7 .如圖所示，用波長為的單色光

12、做雙縫干涉實驗時，設(shè)兩個狹縫P的路程差為d,則A.距。點最近的一條暗紋必是 d= /28 .對屏上某點d=n /2 （n為正整數(shù)）時，出現(xiàn)暗紋C.距。點越遠(yuǎn)的點d越長，就越容易出現(xiàn)暗條紋D.用各色光在同一條件下實驗，波長越短的色光條紋間距越小 解讀：當(dāng)路程差d=n時出現(xiàn)亮條紋，路程差 d= （2n+1）/2時出現(xiàn)暗條紋，可見，當(dāng) n=0時，d= /2,所以A正確。由Ax=l /d （式中d為兩狹縫間的距離）得，頻率越大的色光，其波長越短，干涉條紋之間的距離越小，故D正確。答案：AD8 .在利用雙縫干涉測定光波波長時，首先調(diào)節(jié) 和 的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直并且互相平行.當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測量頭上的游標(biāo)卡尺測出n條明紋間距離a,則兩條相鄰明條紋間的距離及=，雙縫到毛 玻璃屏的距離L用