高二物理《用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)》優(yōu)秀教案

高二物理《用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)》優(yōu)秀教案(一)學(xué)問(wèn)與技能

1.把握明條紋(或暗條紋)間距的計(jì)算公式及推導(dǎo)過(guò)程。

2.觀看雙縫干涉圖樣，把握試驗(yàn)方法。

(二)過(guò)程與方法

培育同學(xué)的動(dòng)手力量和分析處理故障的力量。

(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀

體會(huì)用宏觀量測(cè)量微觀量的方法，對(duì)同學(xué)進(jìn)行物理方法的訓(xùn)練。

【教學(xué)重點(diǎn)】

雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的試驗(yàn)原理及試驗(yàn)操作。

【教學(xué)難點(diǎn)】

L、d、的精確?????測(cè)量。

【教學(xué)方法】

復(fù)習(xí)提問(wèn)，理論推導(dǎo)，試驗(yàn)探究

【教學(xué)用具】

雙縫干涉儀、光具座、光源、同學(xué)電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭、刻度尺

【教學(xué)過(guò)程】

(一)引入新課

師：在雙縫干涉現(xiàn)象中，明暗條紋消失的位置有何規(guī)律?

生：當(dāng)屏上某點(diǎn)到兩個(gè)狹縫的路程差=2n，n=0、1、2時(shí)，消失明紋;當(dāng)=(2n+1)，n=0、1、2時(shí)，消失暗紋。

師：那么條紋間距與波長(zhǎng)之間有沒(méi)有關(guān)系呢?下面我們就來(lái)推導(dǎo)一下。

(二)進(jìn)行新課

1.試驗(yàn)原理

師：[投影下圖及下列說(shuō)明]

設(shè)兩縫S1、S2間距離為d，它們所在平面到屏面的距離為l，且ld，O是S1S2的中垂線與屏的交點(diǎn)，O到S1、S2距離相等。

推導(dǎo)：(老師板演，同學(xué)表達(dá))

由圖可知S1P=r1

師：r1與x間關(guān)系如何?

生：r12=l2+(x-)2

師：r2呢?

生：r22=l2+(x+)2

師：路程差|r1-r2|呢?(大部分同學(xué)緘默，由于兩根式之差不能進(jìn)行深化運(yùn)算)

師：我們可不行以試試平方差?

r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx

由于ld，且lx，所以r1+r22l，這樣就好辦了，r2-r1=r=x

師：請(qǐng)大家別忘了我們的任務(wù)是查找x與的關(guān)系。r與波長(zhǎng)有聯(lián)系嗎?

生：有。

師：好，當(dāng)r=2n，n=0、1、2時(shí)，消失亮紋。

即x=2n時(shí)消失亮紋，或?qū)懗蓌=

第n條和第(n-1)條(相鄰)亮紋間距離x為多少呢?

生：x=xn-xn-1

=[n-(n-1)]

師：也就是x=

我們勝利了!大家能用語(yǔ)言表述一下條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系嗎?

生：成正比。

師：對(duì)，不過(guò)大家別忘了這里l、d要肯定。暗紋間距大家說(shuō)怎么算?

生：一樣。

師：結(jié)果如何?

生：一樣。

師：有了相鄰兩個(gè)亮條紋間距公式x=，我們就可以用雙縫干涉試驗(yàn)來(lái)測(cè)量光的波長(zhǎng)了。

2.觀看雙縫干涉圖樣

(老師指導(dǎo)同學(xué)按步驟進(jìn)行觀看，也可引導(dǎo)同學(xué)先設(shè)計(jì)好步驟，分析討論后再進(jìn)行，老師可將試驗(yàn)步驟投影)

步驟：(1)按課本圖13.3-2，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(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光;

(3)調(diào)整各器件的高度，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5~10cm.;

(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀看單色光的干涉條紋。

(6)那走濾光片，觀看白光的干涉條紋。

(老師指導(dǎo)同學(xué)分別觀看紅色、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(yè)彩圖13.3-3對(duì)比，得出結(jié)論：紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條紋間距(留意其他條件相同，進(jìn)行試驗(yàn))。對(duì)于同種色光，轉(zhuǎn)變雙縫間距d，得出結(jié)論：雙縫間距d越小，條紋間距越大。觀看線狀白熾燈的干涉條紋，與課本60頁(yè)圖彩圖對(duì)比，得出結(jié)論：白光的干涉條紋是彩色的。)

3.測(cè)定單色光的波長(zhǎng)

(老師指導(dǎo)同學(xué)按步驟進(jìn)行測(cè)量，也可引導(dǎo)同學(xué)先設(shè)計(jì)好步驟，分析討論后再進(jìn)行，老師可將試驗(yàn)步驟投影)

步驟：(1)安裝測(cè)量頭，調(diào)整至可清楚觀看到干涉條紋;

(2)使分劃板中心刻線對(duì)齊某條(記為第1條)亮條紋的中心，登記手輪上的讀數(shù)a1，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)，當(dāng)中心刻線與第n條亮紋中心對(duì)齊，登記移動(dòng)的條紋數(shù)n和移動(dòng)后手輪的讀數(shù)a2，則相鄰兩條紋間的距離。

(3)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間距離L;

(4)用游標(biāo)卡尺測(cè)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(cè)量、計(jì)算，求出波長(zhǎng)的平均值;

(6)換用不同濾光片，重復(fù)試驗(yàn)。

說(shuō)明：試驗(yàn)過(guò)程中老師要留意指導(dǎo)：

(1)雙縫干涉儀是比較精密的試驗(yàn)儀器，試驗(yàn)前老師要指導(dǎo)同學(xué)輕拿輕放，不要任憑拆分遮光筒，測(cè)量頭等元件，同學(xué)若有探究的愛(ài)好應(yīng)在老師指導(dǎo)下進(jìn)行。

(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會(huì)粘附灰塵，要指導(dǎo)同學(xué)用擦鏡紙輕輕擦拭，不用其他物品擦拭或口吹氣除塵。

(3)指導(dǎo)安裝時(shí)，要求同學(xué)留意調(diào)整光源、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)同學(xué)分析理由。

(4)光源使用線狀長(zhǎng)絲燈泡，調(diào)整時(shí)使之與單縫平行且靠近。

(5)試驗(yàn)中會(huì)消失像屏上的光很弱的狀況.主要是燈絲、單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒不共軸線所致;干涉條紋的清楚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)在同學(xué)試驗(yàn)中引導(dǎo)他們分析，培育分析問(wèn)題的力量。

(6)試驗(yàn)過(guò)程中同學(xué)還會(huì)遇到各種類(lèi)似故障，老師要鼓舞他們分析查找緣由。

(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)

通過(guò)今日的學(xué)習(xí)，我們把握了干涉條紋的間距與光的波長(zhǎng)之間的定量關(guān)系，即x=，并利用上式測(cè)量了光的波長(zhǎng)。該試驗(yàn)為我們供應(yīng)了一種用宏觀量測(cè)量微觀量的方法。

(四)課余作業(yè)

完成P60問(wèn)題與練習(xí)的題目。

附：課后訓(xùn)練

1.在做雙縫干涉試驗(yàn)時(shí)，用一般的白光做光源，若在雙縫處把一縫用紅色玻璃攔住，另一縫用綠色玻璃攔住，則屏上會(huì)消失()

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(wú)干涉條紋，但有亮光

答案：D

2.在楊氏雙縫干涉試驗(yàn)中，保持雙縫到屏的距離不變，調(diào)整雙縫間距離，當(dāng)距離增大時(shí)，干涉條紋距離將變________，當(dāng)距離減小時(shí)，干涉條紋間距將變________.

答案：小，大

3.用單色光做雙縫干涉試驗(yàn)時(shí)，測(cè)得雙縫間距離為0.4mm，雙縫到屏的`距離為1m，干涉條紋間距為1.5mm，求所用光波的波長(zhǎng)。

答案：610-7m

4.光纖通信是70年月以后進(jìn)展起來(lái)的新興技術(shù)，世界上很多國(guó)家都在樂(lè)觀討論和進(jìn)展這種技術(shù)。放射導(dǎo)彈時(shí)，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)彈和放射裝置之間，起著雙向傳輸信號(hào)的作用，光纖制導(dǎo)的下行光信號(hào)是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長(zhǎng)為0.85m的單色光。而上行光信號(hào)是銦鎵砷磷發(fā)光二極管放射的在纖芯中波長(zhǎng)為1.06m的單色光，這樣操縱系統(tǒng)通過(guò)這根光纖向?qū)棸l(fā)出掌握指令，導(dǎo)彈就猶如長(zhǎng)眼睛一樣盯住目標(biāo)。依據(jù)以上信息，回答下列問(wèn)題：

(1)在光纖制導(dǎo)中，上行光信號(hào)在真空中波長(zhǎng)是多少?

(2)為什么上行光信號(hào)和下行光信號(hào)要采納兩種不同頻率的光?(已知光纖纖芯的折射率為1.47)

答案：(1)157m，(2)假如上行光信號(hào)和下行光信號(hào)頻率相同，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。相互間產(chǎn)生干擾。

5.在雙縫干涉試驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀看到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過(guò)紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光)，這時(shí)()

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逝

B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消逝，其他顏色的雙縫干涉條紋依舊存在

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(wú)任何光亮

解析：題目中給出的條件是：以白光為光源時(shí)，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(guò)紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光)，那么，從雙縫射出的則是頻率不同的紅色光和綠色光，所以不行能產(chǎn)生干涉條紋，故A、D錯(cuò);而其他顏色的光不行能透過(guò)濾光片，故B亦錯(cuò).雖然不能產(chǎn)生干涉條紋，但仍有光照在屏上，故C對(duì)。

答案：C

6.用單色光做雙縫干涉試驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是

A.相鄰干涉條紋之間距離相等

B.中心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.在試驗(yàn)裝置不變的狀況下，紅光的條紋間距小于藍(lán)光的條紋間距

解析：由于雙縫干涉的條紋寬x=，可見(jiàn)條紋寬應(yīng)是相等的，A正確，BC錯(cuò)，又由于紅藍(lán)，所以x紅x藍(lán)，故D錯(cuò).

答案：A

7.如圖所示，用波長(zhǎng)為的單色光做雙縫干涉試驗(yàn)時(shí)，設(shè)兩個(gè)狹縫S1、S2到屏上某點(diǎn)P的路程差為d，則

A.距O點(diǎn)最近的一條暗紋必是d=/2

B.對(duì)屏上某點(diǎn)d=n/2(n為正整數(shù))時(shí)，消失暗紋

C.距O點(diǎn)越遠(yuǎn)的點(diǎn)d越長(zhǎng)，就越簡(jiǎn)單消失暗條紋

D.用各色光在同一條件下試驗(yàn)，波長(zhǎng)越短的色光條紋間距越小

解析：當(dāng)路程差d=n時(shí)消失亮條紋，路程差d=(2n+1)/2時(shí)消失暗條紋，可見(jiàn)，當(dāng)n=0時(shí)，d=/2，所以A正確。由x=l/d(式中d為兩狹縫間的距離)得，頻率越大的色光，其波長(zhǎng)越短，干涉條紋之間的距離越小，故D正確。

答案：AD

8.在利用雙縫干涉測(cè)定光波波長(zhǎng)時(shí)，首先調(diào)整________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相互平行.當(dāng)屏上消失了干涉圖樣后，用測(cè)量頭上的游標(biāo)卡尺測(cè)出n條明紋間距離a，則兩條相鄰明條紋間的距離x=________，雙縫到毛玻璃屏的距離L用________測(cè)量，用公式________可以測(cè)出單色光的波長(zhǎng)。

答案：光源、濾光片、單縫、雙縫，毫米刻度尺x=

9.用紅光做光的干涉試驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間的距離為0.21