高二物理教案：用双缝干涉测量光的波长

1、8/8高二物理教案：用双缝干预测量光的波长【】步入高中 ,相比初中更为紧张的学习随之而来。在此高二物理栏目的小编为您编辑了此文：高二物理教案：用双缝干预测量光的波长希望能给您的学习和教学提供帮助。本文题目：高二物理教案：用双缝干预测量光的波长【教学目标】(一)知识与技能1.掌握明条纹(或暗条纹)间距的计算公式及推导过程。2.观察双缝干预图样 ,掌握实验方法。(二)过程与方法培养学生的动手能力和分析处理故障的能力。(三)情感、态度与价值观体会用宏观量测量微观量的方法 ,对学生进行物理方法的教育。【教学重点】双缝干预测量光的波长的实验原理及实验操作。【教学难点】、L、d、的准确测量。【教学方法】复

2、习提问 ,理论推导 ,实验探究【教学用具】双缝干预仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺【教学过程】(一)引入新课师：在双缝干预现象中 ,明暗条纹出现的位置有何规律?生：当屏上某点到两个狭缝的路程差=2n ,n=0、1、2时 ,出现明纹;当=(2n+1) ,n=0、1、2时 ,出现暗纹。师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢?下面我们就来推导一下。(二)进行新课1.实验原理师：投影以下图及以下说明设两缝S1、S2间距离为d ,它们所在平面到屏面的距离为l ,且ld ,O是S1S2的中垂线与屏的交点 ,O到S1、S2距离相等。推导：(教师板演 ,学

3、生表达)由图可知S1P=r1师：r1与x间关系如何?生：r12=l2+(x- )2师：r2呢?生：r22=l2+(x+ )2师：路程差|r1-r2|呢?(大局部学生沉默 ,因为两根式之差不能进行深入运算)师：我们可不可以试试平方差?r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx由于ld ,且lx ,所以r1+r22l ,这样就好办了 ,r2-r1=r= x师：请大家别忘了我们的任务是寻找x与的关系。r与波长有联系吗?生：有。师：好 ,当r=2n ,n=0、1、2时 ,出现亮纹。即 x=2n 时出现亮纹 ,或写成x=第n条和第(n-1)条(相邻)亮纹间距离x为多少呢?生：x=xn-xn-1

4、=n-(n-1)师：也就是x=我们成功了!大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗?生：成正比。师：对 ,不过大家别忘了这里l、d要一定。暗纹间距大家说怎么算?生：一样。师：结果如何?生：一样。师：有了相邻两个亮条纹间距公式x= ,我们就可以用双缝干预实验来测量光的波长了。2.观察双缝干预图样(教师指导学生按步骤进行观察 ,也可引导学生先设计好步骤 ,分析研究后再进行 ,教师可将实验步骤投影)步骤：(1)按课本图13.3-2 ,将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。(2)接好光源 ,翻开开关 ,使灯丝正常发光;(3)调节各器件的高度 ,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏;(4)安

5、装单缝和双缝 ,使双缝与单缝平行 ,二者间距约510 cm.;(5)在单缝和光源间放上滤光片 ,观察单色光的干预条纹。(6)那走滤光片 ,观察白光的干预条纹。(教师指导学生分别观察红色、紫色等不同颜色的单色光的干预图样 ,比拟不同色光干预条纹宽度 ,与课本第59页彩图13.3-3对照 ,得出结论：红光干预条纹间距大于紫光干预条纹间距(注意其他条件相同 ,进行实验)。对于同种色光 ,改变双缝间距d ,得出结论：双缝间距d越小 ,条纹间距越大。观察线状白炽灯的干预条纹 ,与课本60页图彩图比照 ,得出结论：白光的干预条纹是彩色的。)3.测定单色光的波长(教师指导学生按步骤进行测量 ,也可引导学生先

6、设计好步骤 ,分析研究后再进行 ,教师可将实验步骤投影)步骤：(1)安装测量头 ,调节至可清晰观察到干预条纹;(2)使分划板中心刻线对齐某条(记为第1条)亮条纹的中央 ,记下手轮上的读数a1 ,转动手轮 ,使分划板中心刻线移动 ,当中心刻线与第n条亮纹中央对齐 ,记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2 ,那么相邻两条纹间的距离 。(3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离L;(4)用游标卡尺测量双缝间距d(这一步也可省去 ,d在双缝玻璃上已标出);(5)重复测量、计算 ,求出波长的平均值;(6)换用不同滤光片 ,重复实验。说明：实验过程中教师要注意指导：(1)双缝干预仪是比拟精密的实验仪器 ,实验前

7、教师要指导学生轻拿轻放 ,不要随便拆分遮光筒 ,测量头等元件 ,学生假设有探索的兴趣应在教师指导下进行。(2)滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘 ,要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭 ,不用其他物品擦拭或口吹气除尘。(3)指导安装时 ,要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上 ,并使单缝、双缝平行且竖直 ,引导学生分析理由。(4)光源使用线状长丝灯泡 ,调节时使之与单缝平行且靠近。(5)实验中会出现像屏上的光很弱的情况.主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致;干预条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系.因此(3)(4)两步要求应在学生实验中引导他们分析 ,

8、培养分析问题的能力。(6)实验过程中学生还会遇到各种类似故障 ,教师要鼓励他们分析查找原因。(三)课堂总结、点评通过今天的学习 ,我们掌握了干预条纹的间距与光的波长之间的定量关系 ,即x= ,并利用上式测量了光的波长。该实验为我们提供了一种用宏观量测量微观量的方法。(四)课余作业完成P60问题与练习的题目。附：课后训练1.在做双缝干预实验时 ,用普通的白光做光源 ,假设在双缝处把一缝用红色玻璃挡住 ,另一缝用绿色玻璃挡住 ,那么屏上会出现 ( )A.红色干预条纹 B.绿色干预条纹C.红绿相间的干预条纹 D.无干预条纹 ,但有亮光答案：D2.在杨氏双缝干预实验中 ,保持双缝到屏的距离不变 ,调节

9、双缝间距离 ,当距离增大时 ,干预条纹距离将变_ ,当距离减小时 ,干预条纹间距将变_.答案：小 ,大3.用单色光做双缝干预实验时 ,测得双缝间距离为0.4 mm ,双缝到屏的距离为1 m ,干预条纹间距为1.5 mm ,求所用光波的波长。答案：610-7 m4.光纤通信是70年代以后开展起来的新兴技术 ,世界上许多国家都在积极研究和开展这种技术。发射导弹时 ,可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤 ,就像放风筝一样 ,这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间 ,起着双向传输信号的作用 ,光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 m的单色光。而上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤

10、芯中波长为1.06 m的单色光 ,这样操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令 ,导弹就如同长眼睛一样盯住目标。根据以上信息 ,答复以下问题：(1)在光纤制导中 ,上行光信号在真空中波长是多少?(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光?(光纤纤芯的折射率为1.47)答案：(1)157 m ,(2)如果上行光信号和下行光信号频率相同 ,会发生干预现象。相互间产生干扰。5.在双缝干预实验中 ,以白光为光源 ,在屏幕上观察到了彩色干预条纹。假设在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光) ,另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光) ,这时 ( )A.只有红色和绿色的双缝干预条纹 ,其他

11、颜色的双缝干预条纹消失B.红色和绿色的双缝干预条纹消失 ,其他颜色的双缝干预条纹依然存在C.任何颜色的双缝干预条纹都不存在 ,但在屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮解析：题目中给出的条件是：以白光为光源时 ,在屏幕上得到了彩色的干预条纹。假设在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光) ,另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光) ,那么 ,从双缝射出的那么是频率不同的红色光和绿色光 ,所以不可能产生干预条纹 ,故A、D错;而其他颜色的光不可能透过滤光片 ,故B亦错.虽然不能产生干预条纹 ,但仍有光照在屏上 ,故C对。答案：C6.用单色光做双缝干预实验 ,以下说法正确的选项是A.相邻干预条纹之间距离

12、相等B.中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍C.屏与双缝之间距离减小 ,那么屏上条纹间的距离增大D.在实验装置不变的情况下 ,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距解析：因为双缝干预的条纹宽x= ,可见条纹宽应是相等的 ,A正确 ,BC错 ,又因为 红 蓝 ,所以x红x蓝 ,故D错.答案：A7.如下图 ,用波长为 的单色光做双缝干预实验时 ,设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d ,那么A.距O点最近的一条暗纹必是d= /2B.对屏上某点d=n /2(n为正整数)时 ,出现暗纹C.距O点越远的点d越长 ,就越容易出现暗条纹D.用各色光在同一条件下实验 ,波长越短的色光条纹间距越小解析：当路程差d

13、=n 时出现亮条纹 ,路程差d=(2n+1) /2时出现暗条纹 ,可见 ,当n=0时 ,d= /2 ,所以A正确。由x=l /d(式中d为两狭缝间的距离)得 ,频率越大的色光 ,其波长越短 ,干预条纹之间的距离越小 ,故D正确。答案：AD8.在利用双缝干预测定光波波长时 ,首先调节_和_的中心均位于遮光筒的中心轴线上 ,并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干预图样后 ,用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a ,那么两条相邻明条纹间的距离x=_ ,双缝到毛玻璃屏的距离L用_测量 ,用公式_可以测出单色光的波长。答案：光源、滤光片、单缝、双缝 ,毫米刻度尺x=9.用红光做光的干预实验时 ,双缝间的距离为0.210-3 m ,测得双缝到屏的距离为0.700