光的传播教案：光的波粒二象性的实验研究

第页共页光的传播教案：光的波粒二象性的实验研究光的波粒二象性的实验研究光是一种波动现象，同时也具有粒子特性，这就是光的波粒二象性。为了更好地理解光的波粒二象性，我们需要进行实验研究。一、单位制实验过程中需要用到一些单位制，如长度单位制、时间单位制、质量单位制等等，这里给出一些用的单位制：（一）长度单位：1英寸=2.54厘米1英尺=0.3048米1码=0.9144米1英里=1.609千米（二）时间单位：1秒=1/60分钟1分钟=60秒1小时=60分钟1天=24小时1周=7天1年=365天（三）质量单位：1磅（lb）=0.453592千克（kg）1盎司（oz）=0.0283495千克（kg）1克拉（ct）=0.2克（g）二、实验1：光的波动性质1、实验原理：双缝干涉双缝干涉是一种经典的光的波动性质实验，它可以直观地显示出光的波动性。实验装置如下图所示：（图1双缝干涉实验装置）由光源发射出的单色光通过双狭缝S1和S2进入屏幕上的通条T，经过干涉后在屏幕上形成一组亮度和暗度相间的干涉条纹。2、实验步骤（1）将实验装置按照上图所示搭建好。（2）调整双缝宽度为W，使它们的距离为d。（3）用光源照射双缝，调整透镜位置和焦距，使得从双缝中射出来的光线垂直于横向刻度尺。（4）观察屏幕上的干涉条纹，记录下它们的间距和数量。3、实验分析与结论（1）当光线通过双缝后，它们会相互干涉，形成亮度和暗度相间的干涉条纹。（2）双缝宽度越小，干涉条纹间距越大；双缝距离越大，干涉条纹间距越小。（3）根据干涉条纹的情况，我们可以得出光是波动现象的结论。三、实验2：光的粒子性质1、实验原理：光电效应光电效应是一种表明光的粒子性质的实验，它可以用来研究光的粒子特性，即光子。实验装置如下图所示：（图2光电效应实验装置）由紫外线灯发出的单色光线通过准直透镜、狭缝、反射镜和玻璃窗后，照射到金属阴极上，使它发生光电效应。金属阴极放出的电子被引导到电子倍增管上，通过示波器可以得到电压-电流关系曲线。2、实验步骤（1）将实验装置按照上图所示搭建好。（2）调整紫外线灯和准直透镜的位置和焦距。（3）调整狭缝和反射镜的位置，使光线可射到金属阴极上。（4）打开示波器，将电子倍增管与电源相连接，调节电子倍增管的放大倍数，观察电压-电流关系曲线。（5）更换不同频率的单色光，记录下电压-电流关系曲线的变化情况。3、实验分析与结论（1）根据电压-电流关系曲线，我们可以得知光电效应是以粒子形式发生的。（2）当光的频率越高，电流曲线上升的速度越快，说明光子的能量越高，电子被打出的概率也越大。四、实验3：光子能量的实验测定1、实验原理：普朗克定律根据普朗克的量子化假设，光的能量E与它的频率v呈线性关系，E=hv，其中h称为普朗克常数。2、实验步骤（1）取一波长λ的单色光，通过单缝和准直透镜将光线调整成水平方向。（2）将光线照射到反射罩上，并通过狭缝将光线分散成一个光谱。（3）将光谱通过棱镜分散，并将分散后的光线照射到金属阴极上，使它产生光电效应。（4）改变单色光的波长，重新记录光电效应曲线。（5）根据光电效应曲线，计算出普朗克常数h。3、实验分析与结论（1）根据普朗克定律，我们可以计算出光子的能量。（2）实验中记录下的光电效应曲线可以用来计算普朗克常数。（3）通过实验，我们可以验证普朗克定律的正确性，并确认光具有粒子特性。五、实验4：光速的测量1、实验原理：迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是一种用来测量光速的实验装置，它利用干涉的原理来形成光程差，从而测量光速。实验装置如下图所示：（图3迈克尔逊干涉仪实验装置）光源发射的光线经过分束器S1分为两束，分别在镜面M1和M2上反射后合并。当两束光线相遇时，它们会发生干涉，有些地方会出现亮度低的区域。用反射镜调整光线，使得这些亮度低的区域尽可能接近整个屏幕的中心。记录下两束光线的干涉条纹数量，通过计算光程差，我们可以计算出光速。2、实验步骤（1）将实验装置按照上图所示搭建好。（2）调整光源的位置和焦距，使得光线垂直于S1。（3）调整反射镜和镜面的位置，使得干涉条纹尽可能的靠近中心。（4）记录下干涉条纹的数量，并计算出光程差。（5）根据光程差和时间差，计算出光速。3、实验分析与结论（1）迈克尔逊干涉仪可以通过干涉条纹的数量来计算出光程差。（2）根据光程差和时间差，我