用雙棱鏡干涉測(cè)定鈉光波長

用雙棱鏡干涉測(cè)定鈉光波長實(shí)驗(yàn)教嗓主講人：黃峰專業(yè)：08級(jí)科學(xué)教育學(xué)號(hào)：222008315031049指i導(dǎo)老師：鄧濤日期：2009年5月14日一、教學(xué)目標(biāo)lv 知識(shí)與技能（1） 知道雙棱鏡的結(jié)構(gòu)和功能。（2） 進(jìn)一步理解干涉的條件。（3） 學(xué)會(huì)用雙棱鏡干涉測(cè)定鈉光波長的原理與方法。2、 過程與方法（1） 將雙棱鏡干涉與楊氏雙縫干涉對(duì)比，讓學(xué)生學(xué)會(huì)等效類比的方法。（2） 在測(cè)虛光源的過程中，讓學(xué)生明白轉(zhuǎn)化的思想。3、 情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1） 反復(fù)調(diào)節(jié)光路，培養(yǎng)學(xué)生的耐心與細(xì)心。（2） 對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象的原因進(jìn)行思考，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。（3） 實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到各種困難，有人會(huì)因總是調(diào)不出現(xiàn)象而沮喪，在此過程中可以鍛煉學(xué)生對(duì)挫折的應(yīng)對(duì)能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 光路調(diào)節(jié)（1） 依次將鈉光燈、狹縫、雙棱鏡、測(cè)微目鏡放在光具座上，并調(diào)整各元件使之等高共軸。（2） 適當(dāng)調(diào)整狹縫寬度和方向。具體做法：先用白色屏找出兩光束相互交疊區(qū)域，然后用測(cè)微目鏡觀察，當(dāng)看到干涉條紋后，現(xiàn)進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)狹縫,并調(diào)整狹縫寬度與高度，使干涉條紋最清晰。（3） 調(diào)整狹縫與雙棱鏡間距離，在測(cè)微目鏡中觀察條紋疏密變化情況，使條紋疏密適中并清晰。2、 用測(cè)微目鏡測(cè)量相鄰兩明（或暗）條紋的間距Ax。為了提高測(cè)量的精度，測(cè)出n條干涉條紋的總間距，再除以n,即得Ax°3、 用米尺量出狹縫到測(cè)微目鏡義絲平面的距離d,測(cè)量兒次，取均值。4、 用所測(cè)得的Ax、d\d值，求出光源的波長九。5、 計(jì)算波長測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

三、重、難點(diǎn)、注意事項(xiàng)三、重、難點(diǎn)、注意事項(xiàng)1、 重點(diǎn)（1） 雙棱鏡干涉的原理（2） 測(cè)量虛光源的方法2、 難點(diǎn)（1） 光路的調(diào)節(jié)（2） 大小像的找法（3） 用測(cè)微目鏡的干涉條紋間距3、 注意事項(xiàng)（1） 使狹縫與雙棱鏡棱脊平行，以便等分光束。（2） 狹縫盡量靠近光源，以提高光線亮度。（3） 狹縫寬度要適中，太窄，視場(chǎng)太喑，太寬，背景光太強(qiáng)。（4） 狹縫與雙棱鏡間距要小些，而雙棱鏡與測(cè)微目鏡間距大些，以確保能夠找到大小像，能清晰地觀察到多組干涉條紋。（5）干涉條紋要至少有5到10條,最好有10到20條。（6） 先確定第二步能觀察到大小像再進(jìn)行第一步測(cè)定。（7） 使用測(cè)微目鏡時(shí)避免回程誤差。（8） 測(cè)干涉條紋從明暗分界處開始測(cè)。!1!教學(xué)過程設(shè)計(jì)!1!教學(xué)過程設(shè)計(jì)U 教學(xué)過程總體思路（1） 新課導(dǎo)入先和同學(xué)們一起回憶干涉的條件，然后再回憶常用的干涉裝置，并指出干涉在光學(xué)中的重要性，最后引出新課內(nèi)容。（2） 新課講解（1） 講解雙棱鏡的結(jié)構(gòu)與原理。（2） 講解實(shí)驗(yàn)裝置，并與楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)類比。（3） 講解公式A=%Ax,提出測(cè)量d‘為本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。（4） 講解d‘的測(cè)量的原理與方法。（5）講解數(shù)據(jù)記錄與處理的方法。（6） 講解具體的實(shí)驗(yàn)操作方法。（3）總結(jié)（7） 總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容。（8） 提出本節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)（9） 強(qiáng)調(diào)本實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)。2、 教學(xué)過程詳述大家好！今天我們要做的實(shí)驗(yàn)是用雙棱鏡干涉測(cè)定納光波長。一提到干涉大家都不陌生，因?yàn)樵诟咧须A段我們就接觸了干涉的概念以及原理?，F(xiàn)在大家來加回憶一下，干涉的條件有哪些呢？［同學(xué)們回答］對(duì)！兩列波要發(fā)生干涉需要滿足兩個(gè)條件：一是頻率相同，二是相位差保持恒定。好！大家再來思考一個(gè)問題：我們普通的燈光能發(fā)生干涉嗎？［同學(xué)們回答不能］為什么不能呢？［同學(xué)們發(fā)表意見］是的，普通的光源觀察不到干涉現(xiàn)象，因?yàn)檫@些光源是不相干的。它們的頻率和相位差都會(huì)發(fā)生變化。為什么不相干呢，大家可以自己看一看引言部分，其原因主要是原子輻射的復(fù)雜性和不確定性引起的。說到干涉，我們已經(jīng)接觸過許多干涉的裝置了。大家一起來回憶一下常用的干涉裝置有哪些？［同學(xué)們發(fā)言］有我們高中學(xué)過的楊氏雙縫干涉裝置，薄膜干涉裝置，上學(xué)期做過的等厚干涉中的牛頓環(huán)儀，還有我們將要做的邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)中的邁克爾遜干涉儀，以及今天我們將要用到的菲涅耳雙棱鏡。說到雙棱鏡，我們先來看一看傳說中的雙棱鏡為何物。這就是雙棱鏡的示意圖（指著黑板上），它其實(shí)就是將一塊平板玻璃的一個(gè)表面加工打磨成兩個(gè)面,兩個(gè)面的交線叫棱脊，兩個(gè)面與底面的夾角叫楔角。而這個(gè)楔角實(shí)際上是很小的,一般小于1。，也就是說從肉眼看來，雙棱鏡就和一塊普通的玻璃差不多。知道了雙棱鏡的結(jié)構(gòu)，那雙棱鏡的作用是什么呢？（指著裝置示意圖）從光路圖上我們可以直觀地看到雙棱鏡的作用。（講解裝置原理圖）所以雙棱鏡就是一個(gè)分割波前的分束器，作用就是分光，把一束光分為成一定角度的兩束光。有了雙棱鏡之后，是不是相當(dāng)于把一個(gè)線光源s分成了兩個(gè)對(duì)稱的虛光源S1和S2,所以在P1和P2到之間的區(qū)域里是不是要發(fā)生干涉現(xiàn)象？［是］到了現(xiàn)在，大家肯定發(fā)現(xiàn)了個(gè)裝置的光路與我們高中學(xué)過的楊氏雙縫干涉有許多相似之處。那我們就來對(duì)比一下，（指著楊氏雙縫干涉原理圖）這就是楊氏雙縫干涉的原理圖，其實(shí)我們從光路可以看出這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的光路是等效的。楊氏雙縫干涉是直接用了一個(gè)真實(shí)的雙縫，而本實(shí)驗(yàn)是用了一塊雙棱鏡制造出了一個(gè)虛的雙縫，由于兩裝置具有等效性，我們就可以把楊氏雙縫干涉中求波長的公式直接套用過來。楊氏雙縫干涉中求波長的公式是A=|Ax,其中d‘是雙縫的距離，D為雙縫到屏的距離，Ax為干涉條紋的間距。由此就可以得到我們今天要求鈉光波長的公式入=2axCl其中d指的是虛光源到屏P的距離，可以用卷尺直接測(cè)出來。Ax可以用測(cè)微目鏡測(cè)出來，測(cè)的方法就是用測(cè)微目鏡找到干涉區(qū)，測(cè)出n條明條紋或暗條紋的間距然后除以m就得到了Ax。要求九，只剩下一個(gè)量d‘了，d‘表示的是兩個(gè)虛光源之間的距離。由于虛光源看不到摸不到，我們沒辦法直接沒出來，所以我們要想辦法將其轉(zhuǎn)化為我們可以直接測(cè)量的量。怎樣轉(zhuǎn)化呢？我們采用凸透鏡呈像的辦法，也就是在上面的裝置中加入一個(gè)凸透鏡，使兩虛光源經(jīng)過凸透鏡兩次呈實(shí)像。一次呈放大傳倒立的實(shí)像，一次呈縮小倒立的實(shí)像。我們用測(cè)微目鏡測(cè)大小像中兩虛光源的距離山，d2,就可以通過下面的公式d=Vdid2,求出d'。有人會(huì)問這個(gè)公式是怎么來的呢？這也是我們課后復(fù)習(xí)題思考題里的問題,為了大家更清楚地理解本實(shí)驗(yàn)，我把這個(gè)公式的推導(dǎo)簡(jiǎn)單講一下。其實(shí)這個(gè)公式主要用了凸透鏡呈像的基本規(guī)律，在這里我引入一個(gè)凸透鏡放大率的概念。放大率顧需思義就相當(dāng)于放大的倍數(shù)。放大率m=||,也等于像的大小比物的大小。當(dāng)虛光源在1倍焦距和2倍焦距之間時(shí)，是不是在凸透鏡的另一側(cè)2倍焦距外呈一個(gè)放大倒立的實(shí)像？［是］虛光源的間距為d‘，放大后的間距為山，則m=同理，當(dāng)虛光源在2倍焦距之外時(shí)，在凸透鏡另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)縮小倒立的實(shí)像，由光路可逆可以把縮小的像看成一個(gè)物，則可得m=^d2結(jié)合兩式，是不是就可以推出公式『=屆石了？［是］到此，實(shí)驗(yàn)的原理己經(jīng)講完了，我們?cè)賮砜匆豢磳?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與處理。（講解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表各字母的含義及測(cè)量方法）本實(shí)驗(yàn)的原理是比較簡(jiǎn)單的，重要的是實(shí)驗(yàn)操作。接下來我們就一起來看一看整個(gè)實(shí)驗(yàn)是怎樣操作的。（講解實(shí)驗(yàn)操作）這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理和操作都講了?；剡^頭來看一看本節(jié)課講了些什么。本節(jié)課就是介紹了一種新的光學(xué)儀器一一雙棱鏡，并引入了一種進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)的新方法一一雙棱鏡干涉法，并利用此方法來測(cè)鈉光波長。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)有兩個(gè)：一是雙棱鏡干涉的原理，大家要把這個(gè)原理圖記?。欢菧y(cè)量虛光源的方法。本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)我認(rèn)為有三個(gè)：一個(gè)是光路的調(diào)節(jié)，光路的調(diào)節(jié)基本上是每個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，只有把光路調(diào)節(jié)好了，接下來的觀測(cè)才能順利進(jìn)行；另一個(gè)是大小像的找法，一定要找到清晰的大小像，兩條亮線盡量達(dá)到細(xì)銳；第三個(gè)是用測(cè)微目鏡的干涉條紋間距。另外，我再強(qiáng)調(diào)一下本實(shí)驗(yàn)操作過程中要注意的兒點(diǎn)：（1） 使狹縫與雙棱鏡棱脊平行，以便等分光束。（2） 狹縫盡量靠近光源，以提高光線亮度。（3） 狹縫寬度要適中，太寄窄，視場(chǎng)太暗，太寬，背景光太強(qiáng)。（4） 狹縫與雙棱鏡間距要小些，而雙棱鏡與測(cè)微目鏡間距大些，以確保能夠找到大小像，能清晰地觀察到多組干涉條紋。（5）干涉條紋要至少有5到10條,最好有10到20條。（6） 先確定第二步能觀察到大小像再進(jìn)行第一步測(cè)定。（7） 使用測(cè)微目鏡時(shí)避免回程誤差。（8） 測(cè)干涉條紋從明暗分界處開始測(cè)。五、數(shù)據(jù)記錄與處理次數(shù)nXl(mm)x2(mm)Ax(mm)1113.9175.9880.18832103.9635.9970.2034表2：測(cè)量“、d2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表(單位:mm)dala2dlbl b2d2317.54.3196.4922.1734.721 5.1560.435表2：測(cè)量Ax實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表由表1得cf0.972Ai=°咖［°2034=()1958(mm)Uc(Axl)=Axl普宵+（Uc(Axl)=Axl普宵+（轡）山亦廿Uc(Ax2)=Ax2轡Y+俠翌Y=0.3552x10-x22Uc(Ax)=Ax由表2得d*=Vdld2=0.9722(mm)Uc(d)=dUc(d)=d(聽)2+(黑)2+(谿)2+(牆)25IO"Uc(d)=1%蘭=0.5774X10~3V3則入測(cè)=^-Ax=599.7(nm)U（：（入）=U（：（入）=入測(cè)Uc(d')豈町=1.5(nm)則結(jié)果為九=599.7土L5(nm)六、課堂教學(xué)總結(jié)在課前我查閱了充足的資料，認(rèn)真寫了教案，并提前到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了板書,因此我的準(zhǔn)備是比較充分的。上課時(shí)發(fā)揮也算正常，基本上按照了教學(xué)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行，準(zhǔn)備講的知識(shí)點(diǎn)都一一講清楚了，自我感覺還算滿意。同學(xué)和老師的評(píng)價(jià)也是肯定的居多，這給了我不少鼓舞，也增長了我上好課的信心。同學(xué)們也向我誠懇地提出了一些不足之處，主要有以下兒點(diǎn)：講課語調(diào)太平淡，缺少激情。缺少師生互動(dòng)，課堂顯得有些沉悶。講課太程式化，內(nèi)容講得太詳盡，沒有經(jīng)學(xué)生思考的余地。我覺得上述不足確實(shí)是我應(yīng)該改進(jìn)的地方。七、講課收獲雖然以前或多或少上講臺(tái)講過一些東西，但這么正式地講一堂課還是第一次,有長時(shí)間的準(zhǔn)備，有寫教案，有板書，有老師同學(xué)的反饋評(píng)價(jià)。這堂課確實(shí)讓我收獲頗多