人教版選修34 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng) 第1課時(shí) 教案.docx

13.4實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1掌握明條紋（或暗條紋）間距的計(jì)算公式及推導(dǎo)過(guò)程。2觀察雙縫干涉圖樣，掌握實(shí)驗(yàn)方法。（二）過(guò)程與方法培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和分析處理“故障”的能力。（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)學(xué)生進(jìn)行物理方法的教育?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】、l、d、的準(zhǔn)確測(cè)量?！窘虒W(xué)方法】復(fù)習(xí)提問(wèn)，理論推導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)探究【教學(xué)用具】雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、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，明暗條紋出現(xiàn)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)，出現(xiàn)明紋；當(dāng)=（2n+1） ，n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)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)行新課一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的條件 2. 觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣 3. 掌握用公式x測(cè)定波長(zhǎng)的方法 4. 會(huì)用測(cè)量頭測(cè)量條紋間距離二、實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測(cè)量頭，其中測(cè)量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、米尺. 三、實(shí)驗(yàn)原理1.相鄰明紋(暗紋)間的距離x與入射光波長(zhǎng)之間的定量關(guān)系推導(dǎo)如圖1341所示，雙縫間距d，雙縫到屏的距離l.雙縫s1、s2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為p0.對(duì)屏上與p0距離為x的一點(diǎn)p，兩縫與p的距離ps1r1，ps2r2.在線段ps2上作pmps1，則s2mr2r1，因dl，三角形s1s2m可看作直角三角形有：r2r1dsin (令s2s1m)圖1341則：xltan lsin 有：r2r1d若p處為亮紋，則dk，(k0，1，2，)解得：xk.(k0，1，2，)相鄰兩亮紋或暗紋的中心距離：x. 2. 測(cè)量原理由公式x可知，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，d是雙縫間距，是已知的；l是雙縫到屏的距離，可以測(cè)出，那么，只要測(cè)出相鄰兩明條紋(或相鄰兩暗條紋)中心間距x，即可由公式x計(jì)算出入射光波長(zhǎng)的大小 3. 條紋間距x的測(cè)定圖1342如圖1342甲所示，測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，測(cè)量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，讓分劃板中心刻線與干涉條紋平行，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板向左(向右)移動(dòng)至分劃板的中心刻線與條紋的中心對(duì)齊，如圖1342乙所示記下此時(shí)讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，用同樣的方法測(cè)出n個(gè)亮紋間的距離a，可求出相鄰兩亮紋間的距離x.課堂互動(dòng)探究一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1. 按圖1343所示安裝儀器圖1343 2. 將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線上 3. 使光源發(fā)光，在光源和單縫之間加紅(綠)色濾光片，讓通過(guò)后的條形光斑恰好落在雙縫上，通過(guò)遮光筒上的測(cè)量頭，仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡，觀察單色光的干涉條紋，撤去濾光片，觀察白光的干涉條紋(彩色條紋) 4. 加裝濾光片，通過(guò)目鏡觀察單色光的干涉條紋，同時(shí)調(diào)節(jié)手輪，分劃板的中心刻線對(duì)齊某一條紋的中心，記下手輪的讀數(shù)，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使分劃板移動(dòng)，直到分劃板的中心刻線對(duì)齊另一條紋中心，記下此時(shí)手輪讀數(shù)和移過(guò)分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n. 5. 將兩次手輪的讀數(shù)相減，求出n條亮紋間的距離a，利用公式xa/(n1)，算出條紋間距，然后利用公式x，求出此單色光的波長(zhǎng)(d儀器中已給出，l可用米尺測(cè)出) 6. 換用另一濾光片，重復(fù)步驟3、4、5，并求出相應(yīng)的波長(zhǎng)二、注意事項(xiàng) 1. 單縫、雙縫應(yīng)相互平行，其中心大致位于遮光筒的軸線上，雙縫到單縫距離應(yīng)相等 2 .測(cè)雙縫到屏的距離l可用米尺測(cè)多次取平均值 3. 測(cè)條紋間距x時(shí)，用測(cè)量頭測(cè)出n條亮(暗)紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮(暗)紋間的距離x.三、誤差分析本實(shí)驗(yàn)為測(cè)量性實(shí)驗(yàn)，因此應(yīng)盡一切辦法減少有關(guān)測(cè)量的誤差 1. 雙縫到屏的距離l的測(cè)量誤差因本實(shí)驗(yàn)中雙縫到屏的距離非常長(zhǎng)，l的測(cè)量誤差不太大，但也應(yīng)選用毫米刻度尺測(cè)量，并用多次測(cè)量求平均值的辦法減小相對(duì)誤差 2. 測(cè)條紋間距x帶來(lái)的誤差(1)干涉條紋沒(méi)有調(diào)到最清晰的程度(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒(méi)有恰好位于條紋中心(3)測(cè)量多條亮條紋間距時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確典例分析：例1：利用圖1344中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，有下面幾種說(shuō)法：圖1344a將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄b將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬c將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬d換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄e去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失其中正確的是_【解析】由條紋間距公式x，d指雙縫間距離，l是雙縫到屏的距離，可知：a項(xiàng)中l(wèi)減小，x變?。籦項(xiàng)中變大，x變大；d項(xiàng)中d變大，x變小故a、b、d正確將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，對(duì)條紋間距沒(méi)有影響，故c錯(cuò)；濾光片的作用是為了得到單色光，去掉濾光片后，干涉條紋成為彩色條紋，故e錯(cuò)【答案】abd例2：在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上，如圖1345甲所示，并選用縫間距d0.2 mm的雙縫屏從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離l700 mm.然后，接通電源使光源正常工作乙 丙圖1345(1)已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50個(gè)分度某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖1345乙(a)所示，圖1345乙(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號(hào)，此時(shí)圖1345乙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x11.16 mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖1345丙(a)所示，此時(shí)圖1345丙(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2_ mm；(2)利用上述測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋(或暗紋)間的距離x_ mm；這種色光的波長(zhǎng)_ nm.【解析】(1)由游標(biāo)尺的讀數(shù)規(guī)則可知：x2(15.010.02) mm15.02 mm；(2)題圖乙(a)中暗紋與題圖丙(a)中暗紋間的間隔為6個(gè)，故x2.31 mm；由x可知6.6102 nm.【答案】(1)15.02(2)2.316.6102課堂練習(xí) 1.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，觀察到的某單色光的干涉圖樣是()a中間寬、兩邊窄的條紋b等寬度但不等間隔的條紋c平行、等間距的條紋d等間距但不平行的條紋【解析】熟記雙縫干涉條紋特點(diǎn)，由x知各間距相等【答案】c 2如圖1346所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫s時(shí)，在光屏p上觀察到干涉條紋，要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()圖1346a增大s1與s2的間距b減小雙縫屏到光屏的距離c將綠光換為紅光 d將綠光換為紫光【解析】雙縫干涉的條紋間距公式：x，增大s1與s2的間距就是增大d，所以條紋間距變小，a錯(cuò)誤；減小雙縫屏到光屏的距離就是減小l，條紋間距減小，b錯(cuò)誤；紅光波長(zhǎng)比綠光波長(zhǎng)長(zhǎng)，紫光波長(zhǎng)比綠光波長(zhǎng)短，所以將綠光換為紅光可使條紋間距增大，c正確，d錯(cuò)誤【答案】c 3. 某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于()a光束的中央軸線與遮光筒不一致，相差較大b濾光片、單縫、雙縫的中心在同一高度c單縫與雙縫不平行d光源發(fā)出的光太強(qiáng)【解析】安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要注意：光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合，光源與光屏正面相對(duì)，濾光片、單縫和雙縫要在同一高度，中心位置在遮光筒的軸線上，單縫與雙縫要互相平行才能使實(shí)驗(yàn)成功當(dāng)然還要使光源發(fā)出的光束不能太暗，據(jù)上述分析可知選項(xiàng)a、c正確【答案】ac 4 .用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中采用雙縫干涉儀，它包括以下元件：a.白熾燈、b.單縫片、c.光屏、d.雙縫片、e.濾光片(其中雙縫和光屏連在遮光筒上)(1)把以上元件安裝在光具座上時(shí)，正確的排列順序是：_.(2)正確調(diào)節(jié)后，在屏上觀察到紅色的干涉條紋，用測(cè)量頭測(cè)出10條紅亮紋間的距離為a；改用綠色濾光片，其他條件不變，用測(cè)量頭測(cè)出10條綠亮紋間的距離為b，則一定有a_b(填“大于”“等于”或“小于”)【答案】(1)aebdc(2)大于 5 .用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間距離d0.20 mm，雙縫到毛玻璃屏間的距離為l75.0 cm，如圖1347甲所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)如圖乙所示的測(cè)量頭上的手輪，使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線對(duì)準(zhǔn)如圖丙所示的第1條明條紋，此時(shí)卡尺的主尺和游標(biāo)尺的位置如圖戊所示，則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x1_ mm，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使與游標(biāo)卡尺相連的分劃線向右邊移動(dòng)，直到對(duì)準(zhǔn)第5條明條紋，如圖丁所示，此時(shí)卡尺的主尺和游標(biāo)尺的位置如圖己所示，則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x2_ mm，由以上已知數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，則該單色光的波長(zhǎng)是_ mm.甲乙丙丁戊己圖1347【解析】由游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則讀出x10.3 mm，x29.5 mmx mm mm6.1104 mm.【答案】0.39.56.1104 6(1)某同學(xué)用如圖1348甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，做“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)，他用帶有游標(biāo)尺的測(cè)量頭(如圖乙所示)測(cè)量相鄰兩條亮條紋間的距離x.轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊某一條亮條紋(將這一條紋確定為第1亮條紋)的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丙所示；轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊第6條亮條紋的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丁所示，則圖丙的示數(shù)x1_ mm；圖丁的示數(shù)x2_ mm.如果實(shí)驗(yàn)中所用的雙縫間的距離d0.20 mm.雙縫到屏的距離l60 cm，則計(jì)算波長(zhǎng)的表達(dá)式_(用已知量和直接測(cè)量量的符號(hào)表示)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可得實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的光的波長(zhǎng)_ m.甲 乙丙 丁圖1348(2)在上述實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，將光源與單縫間的濾光片取走，在屏上能觀察到彩色干涉條紋，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)_(填字母代號(hào))a只有紅色和綠色的干涉條紋，其他顏色的干涉條紋消失b紅色和綠色的干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋仍然存在c任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光d屏上無(wú)任何亮點(diǎn)【解析】(1)由丙圖可看出，個(gè)位為0，