高中物理选修3-4教学设计6：13.4实验：用双缝干涉测量光的波长教案

1、高中物理选修 高中物理选修 3-4 .4 实验：用双缝干涉测量光的波长1、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观察双缝干涉图样，掌握实验方法。（二）过程与方法培养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，进行物理方法的教育。2、教学重点（1）.光的干涉条件的理解（2）.干涉条纹间距的测量与计算3、教学难点（1）.光的干涉条件的理解（2）.干涉条纹间距的测量与计算4、教学过程：1）课堂导入在双缝干涉现象中， 明暗条纹出现的位置有何规律？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。2）重点

2、讲解 1产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同。本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的。2干涉图样 （1）若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。 （2）若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的。3实验结论：证明光是一种波。 4屏上某处出现亮、暗条纹的条件光一東一实验装置如图所示，双缝Si、S2之间的距离为d,缝的距离分别为ri和2光一東一实验装置如图所示，双缝Si、S2之间的距离为d,缝的距离分别为ri和2,路程差 Ar = r2 ri。双缝到屏的距离为I，屏上的一点P到双(1)若满足路程差为波长的整数倍，即Ar = k X其中k=

3、0,1,2,3,)，则出现亮条纹。若满足路程差为半波长的奇数倍，即Ar = (2k 1)*其中k= 0,1,2,3,)，则出现暗条纹。5相邻亮条纹(暗条纹)间的距离Ax与波长入的关系： “扌人其中1为双缝到屏的距离，d为双缝之间的距离。】.震号孔惴双燧I：沙璽矗脈理买验 原理目的工匙察取縫千秒图+T皐握实脸方法棚邻网条创条岐何距总耳与人射光波K盘， 霞堆久眉皿及取堆与朋的距直【縄足关、系式为:Aj= A光源谑比片单堆双讎 猛光筒 屏dA实验器材规縫干种仪、光具廉、比源、帮定电源、亍线、滋朮片、单縫、取ST毛班璃厢羯实验器材实验要点1-实验要点1-6操作指要(1) 双缝干涉仪是比较精密的实验仪器

4、，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。(2 )滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，只能用擦镜纸轻轻擦拭，不要用其他物品 擦拭或口吹气除尘。(3 )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。(4 )光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。测量头原理1测量头由分划板、目镜、手轮构成，转动手轮，分划板会左右移动，测量时，应使分划板中心与条纹中心对齐， 记下此时手轮上的读数， 然后转动测量头，使分划板中心与另一条 纹中心对比，再次记下手轮上读数。两次读数之差表示这两个条纹间距离。（如图甲、乙所甲甲a2为减小误差，利用累积法”测n条亮纹间距，再求

5、“荷求得相邻条纹间距离。3 注意测量头读数时的有效数字。3）问题探究一、实验步骤把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行.在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直再装好单缝管.让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高.灯丝与单缝之间的距离约为25 cm.点亮灯泡，先把透镜移近单缝， 直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡.反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心.4在遮光管的另一端装上测量头在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的

6、干涉条纹最清晰.这时看到的彩色干涉条纹的特征是：中央为一条白色亮条纹称为零级亮条纹；其余各级亮条纹都是带彩色的，彩色的排列 以零级亮条纹为中心左右对称.在第一级亮条纹中，红色在最外侧.测量单色光波长时，在单缝前面加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量.先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹或者暗条纹，并记下它在游标尺上的读数 xi,然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条（一般n可取7左右）干涉亮条纹或暗条纹，这时游标尺的读数为Xn则

7、相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距Xn X1离为Ax=n 1待测的光波波长为 X= 屮=d 二亍.I In 1改变双缝中心距离 d,重复上面的步骤，再测一次.、误差分析1 双缝到屏的距离I的测量带来的误差，可选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差.2条纹间距 Ax可利用累积法”测n条亮纹间距，再由 Ax = J求出，并且采用多次 n _ 1测量求入的平均值的方法进一步减小误差.3分划板刻度线和干涉条纹不平行，中心刻度线没有位于条纹中心均会导致条纹间距Ax有误差.三、实验注意事项调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；放置单缝和双缝时，缝要相

8、互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上；调节测量头时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数， 两次读数之差就表示这两条条纹间的距离； 不要直接测 Ax,要测几个条纹的间距计算得 Ax,这样可减小误差；白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层.难点剖析实验探究1实验操作过程及仪器读数例1、在 用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图):/Oi j儿雯1A AX4k1(1)下列说法哪一个是错误的 .(填选项前的字母)A .调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B .测量某

9、条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差，可用测微目镜测出 n条亮纹间的距离 a,求出相邻两条亮纹间距 Ax = an 1(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为 mm.0 I- 0-=p答案(1)A 1.970A项错误.解析(1)A项错误.(2)按读数规则，读出示数为：1.5 mm+ 47.0 %.01 mm = 1.970 mm.实验探究2实验数据处理例2、利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图甲），游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图乙），游标卡尺的示数如图

10、丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为 1m,则图丙中游标卡尺的示数为 mm.图丁游标卡尺的示数为 mm.在实验中，所测单色光的波长为 m .在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将 （选填 能”或不能”看到明暗相间的条纹.AB3IILiL-ljJLlI1uLihH1 lllrrrlaAB3IILiL-ljJLlI1uLihH1 lllrrrlai0商甲T答案11.4 16.8 6.75 氷07 不能解析根据游标卡尺的原理，可读出图丙的示数为 11.4 mm ;图丁的示数是16.8 mm. y16.8 11.4416.8 11.44mm = 1.35 mm

11、.又根据Ay= d人则冶竿=6.75 XI07 m.当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时，不满足干涉条件，故不能看到明暗相间的条纹.例3、在用双缝干涉测量光的波长 ”的实验中，装置如图所示。双缝间的距离 d = 3 mm。XSi禅光片单缝畋 進光斷 毛雀璃刖- - JJ- - -JL 卜（二-.| &A（1）若测量红光的波长，应选用 色的滤光片。实验时需要测定的物理量有（2）若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm）观察第1条亮条纹的位置如图甲所示，观察第5条亮条纹的位置如图乙所示。则可求出红光的波长匸m。12 3

12、 4 5甲乙12 3 4 5甲乙答案见解析解析(1)要测量红光的波长，应用红色滤光片。由 屏的距离I和条纹间距Axo由测量头的数据可知 ai= 0, a2= 0.640 mm ,解析(1)要测量红光的波长，应用红色滤光片。由 屏的距离I和条纹间距Axo由测量头的数据可知 ai= 0, a2= 0.640 mm ,a2 ai 0.640一 .-4所以 Ax=mm= 1.60 10 4 m ,n-14d Ax 3110- 3X1.60 10-4-7p =070m 6.86 1 10m。Ad入可知要想测入必须测定双缝到5 ）训练提升1 关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是（）A用白光作为光源，屏上

13、将呈现黑白相间的条纹B 用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C.若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D 用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹答案B解析用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹， 将呈现红色亮条纹与暗条纹 （即黑条纹）相间，B对；入变小,A错；用红光作为光源，屏上Ax变小，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错。2.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为 0.6暗分别用频率为f1 = 5.0 1014Hz 和 f2= 7.51014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点现出明、暗条纹的情况是（）A.用单色光f1和f2分别照射

14、时，均出现明条纹B.用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C.用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D.用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹答案解析单色光f1解析单色光f1的波长:3 X10l14c71 f15.0 10m = 0.610 6 m = 0.6单色光f2的波长:m = 0.410 6 m m = 0.410 6 m = 0.47= f2= 7.5 1014因P点到双缝的距离之差Ax 0.6口 ffi- ?1,所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹。3Ax= 0.6jiff 2 Z所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹，故选项 C正确。3如图所

15、示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验（其他条件不变）时，则同侧第二条暗条纹的位置PA .仍在P处B .在P点上方C.在P点下方D .要将屏向双缝方向移近一些才能看到答案B3P到双缝的光程差 Ar =-人当入P点上方，B正确。解析3P到双缝的光程差 Ar =-人当入P点上方，B正确。在用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d。若测定绿光的波长，应选用 色的滤光片。实验时需要测定的物理量有和。（2）已知双缝到光屏之间的距离 L= 500 mm,双缝之间的距离 d= 0.50 mm，单缝到双缝之间 的距离s= 100 mm,某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准 A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示。则入射光的波长匸m（结果保留两位有效数字）。A .改用波长较长的光（如红光）作为入射光B .增大双缝到屏的距离C.增大双缝到单缝的距离D .增大双缝间距答案(1)绿 双缝到屏的距离相邻条纹间距(2)6.4 107 (3)AB解析(1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片。由Ax =扌入可知要想测 入必须测定双缝到屏的距离I和条纹间距 Ax。(2)游标卡尺读数精确度为0.1 mm ,A位置主尺读数为11 mm，游标尺读数为1,读数为