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.doc

13.4實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)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)行新課實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 明確實(shí)驗(yàn)器材的構(gòu)成及其作用.2.觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣.3.測(cè)定單色光的波長(zhǎng).實(shí)驗(yàn)原理：圖14-11、光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過(guò)單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，干涉條紋可從屏上觀察到.圖樣中相鄰兩條亮(暗)紋間的距離x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長(zhǎng)之間滿足 .通過(guò)測(cè)量d、l、x就可計(jì)算出光的波長(zhǎng).2、雙縫間的距離d是已知的，雙縫到屏的距離l可以用_測(cè)出，相鄰兩條亮（暗）紋間的距離x用_（如圖實(shí)14-1）測(cè)出.測(cè)量頭由_、_、_等構(gòu)成.轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板會(huì)左右移動(dòng).測(cè)量時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線對(duì)齊條紋的_（如圖實(shí)14-2），記下此時(shí)手輪上的讀數(shù).圖14-2轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線對(duì)齊另一條紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù).兩次讀數(shù)_就表示這兩條條紋間的距離.實(shí)驗(yàn)器材：雙縫干涉儀、米尺、測(cè)量頭.實(shí)驗(yàn)步驟：、觀察雙縫干涉圖樣：1如圖實(shí)14-3所示，把直徑約10cm、長(zhǎng)約1m的遮光簡(jiǎn)水平放在光具座上，筒的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏. 圖14-32取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮.3放好單縫和雙縫，單縫和雙縫間的距離約為5 cm10 cm，使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時(shí)在屏上就會(huì)看到白光的雙縫干涉圖樣.4. 在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的雙縫干涉圖樣.5分別改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化.測(cè)定單色光的波長(zhǎng)： 6已知雙縫間的距離，用米尺測(cè)出雙縫到屏的距離，用測(cè)量頭測(cè)出相鄰兩條亮(暗)紋間的距離，由，算單色光的波長(zhǎng).為了減小誤差，可測(cè)出條亮紋(暗)紋間的距離，則可以求出相鄰兩條亮（暗）紋間的距離.例如，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭上的手輪，把分劃板上的刻線對(duì)準(zhǔn)視場(chǎng)左邊的某一亮條紋（記下讀數(shù)），把分劃板向右移動(dòng)，使之對(duì)齊第7條亮條紋（記下讀數(shù)），則 .圖14-47換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應(yīng)色光的波長(zhǎng).（二）、注意事項(xiàng)：1單縫雙縫應(yīng)相互平行，其中心位于遮光筒的軸線上，雙縫到單縫的距離應(yīng)相等.2測(cè)雙縫到屏的距離，可用米尺測(cè)多次取平均值.3測(cè)條紋間距時(shí)，用測(cè)量頭測(cè)出條亮（暗）紋間的距離，求出相鄰的兩條明（暗）紋間的距離 .4.雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒，測(cè)量頭等元件。5.濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙或干凈軟片輕輕擦去。6.安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行。7.光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。8.調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測(cè)量頭與遮光筒不共軸線所致，干涉條紋不清晰一般主要原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)。（三）、數(shù)據(jù)處理方法單色光波長(zhǎng)的求解：范例：用某種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間距離的大小恰好是圖實(shí)14-5中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，雙縫到毛玻璃屏間的距離的大小也由圖實(shí)14-6中毫米刻度尺讀出.實(shí)驗(yàn)時(shí)先移動(dòng)測(cè)量頭上的手輪，把分化線對(duì)準(zhǔn)靠近最左邊的一條明條紋（如圖實(shí)14-7所示），并記下螺旋測(cè)微器的讀數(shù)（如圖實(shí)14-8所示），然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，把分劃線向右邊移動(dòng)，直到對(duì)準(zhǔn)第7條明條紋并記下螺旋測(cè)微器的讀數(shù)（如圖實(shí)14-9所示），試由以上測(cè)量數(shù)據(jù)求該單色光的波長(zhǎng). 圖14-5圖14-6圖14-8圖14-9圖14-7 由圖實(shí)14-5讀得所用雙縫間距d0.25mm.圖實(shí)14-6中雙縫的位置，毛玻璃屏的位置，則雙縫到屏的間距.圖簡(jiǎn)譜14-8和圖14-4-9中手輪的初始讀數(shù)為，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板中心刻線移動(dòng)到第7條線時(shí)手輪讀數(shù)，則相鄰亮條紋間的距離 .（四）、誤差來(lái)源及分析1.光波的波長(zhǎng)很小，、的測(cè)量對(duì)波長(zhǎng)的影響很大.2.在測(cè)量時(shí)，一般用毫米刻度尺，而測(cè)量時(shí)，用千分尺.3.多次測(cè)量求平均值減小偶然誤差.例題 現(xiàn)有毛玻璃屏a、雙縫b、白光光源c、單縫d和透紅光的濾光片e等光學(xué)元件，要把它們放在圖實(shí)14-10所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng).將白光光源c放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為c、_、a.圖14-10本實(shí)驗(yàn)的步驟有：取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離；用測(cè)量頭（其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器）測(cè)量數(shù)條亮紋間的距離.在操作步驟時(shí)還應(yīng)注意_和_.圖14-11035 30104035圖14-12將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖實(shí)14-11所示.然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖實(shí)14-12中手輪上的示數(shù)_mm，求得相鄰亮紋的間距x為_mm.已知雙縫間距d為2.010-4m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計(jì)算式=_，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為_nm.【思路點(diǎn)撥】濾光片e是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取點(diǎn)光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏.所以排列順序?yàn)椋骸?在操作步驟時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有：放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行；單縫、雙縫間的距離大約為5cm10cm；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上.螺旋測(cè)微器的讀數(shù)應(yīng)該：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動(dòng)刻度，讀數(shù)為13.870mm.圖中讀數(shù)為2.320mm，所以相鄰條紋間距：由條紋間距公式得：，代入數(shù)值得：.四、課堂訓(xùn)練：1.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（如圖實(shí)14-13 1），并選用縫間距d=0.2mm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l=700mm。然后，接通電源使光源正常工作。 已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50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2（a）所示，圖2（a）中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號(hào)，此時(shí)圖2（b）中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1=1.16mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖3（a）所示，此時(shí)圖3（b）中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2= ； 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= mm；這種色光的波長(zhǎng)= nm。解析：由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知x2=15.0mm+10.02mm=15.02mm；圖2（a）中暗紋與圖3（a）中暗紋間的間隔為6個(gè)，故x=（x2- x1）/6=(15.02-1.16)/6=2.31mm；由x=l/d可知=dx/l=0.20mm2.31mm/700mm=6.6102nm。2.（1）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1），并選用縫間距d=0.2mm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l=700mm。然后，接通電源使光源正常工作。 已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50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2（a）所示，圖2（a）中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號(hào)，此時(shí)圖2（b）中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x1=1.16mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖3（a）所示，此時(shí)圖3（b）中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2= ； 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= mm；這種色光的波長(zhǎng)= nm?！窘馕觥坑捎螛?biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知x2=15.0mm+10.02mm=15.02mm；圖2（a）中暗紋與圖3（a）中暗紋間的間隔為6個(gè)，故x=（x2x1）/6=(15.021.16)/6=2.31mm；由x=l/d可知：=dx/l=0.20mm2.31mm/700mm=6.6102nm。答案 15.02 2.31；6.6102作業(yè)：1在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，用普通的白光做光源，若在雙縫處把一縫用紅色玻璃擋住，另一縫用綠色玻璃擋住，則屏上會(huì)出現(xiàn) （ ）a紅色干涉條紋 b綠色干涉條紋c紅綠相間的干涉條紋 d無(wú)干涉條紋，但有亮光答案：d2在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，保持雙縫到屏的距離不變，調(diào)節(jié)雙縫間距離，當(dāng)距離增大時(shí)，干涉條紋距離將變_，當(dāng)距離減小時(shí)，干涉條紋間距將變_.答案：小，大 3用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得雙縫間距離為0.4 mm，雙縫到屏的距離為1 m，干涉條紋間距為1.5 mm，求所用光波的波長(zhǎng)。答案：610-7 m4光纖通信是70年代以后發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，世界上許多國(guó)家都在積極研究和發(fā)展這種技術(shù)。發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)，可在導(dǎo)彈后面連一根細(xì)如蛛絲的光纖，就像放風(fēng)箏一樣，這種纖細(xì)的光纖在導(dǎo)彈和發(fā)射裝置之間，起著雙向傳輸信號(hào)的作用，光纖制導(dǎo)的下行光信號(hào)是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長(zhǎng)為0.85 m的單色光。而上行光信號(hào)是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長(zhǎng)為1.06 m的單色光，這樣操縱系統(tǒng)通過(guò)這根光纖向?qū)棸l(fā)出控制指令，導(dǎo)彈就如同長(zhǎng)“眼睛”一樣盯住目標(biāo)。根據(jù)以上信息，回答下列問(wèn)題：（1）在光纖制導(dǎo)中，上行光信號(hào)在真空中波長(zhǎng)是多少？（2）為什么上行光信號(hào)和下行光信號(hào)要采用兩種不同頻率的光？（已知光纖纖芯的折射率為1.47）答案：（1）157 m，（2）如果上行光信號(hào)和下行光信號(hào)頻率相同，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。相互間產(chǎn)生干擾。5在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。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) （ ）a只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失b紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在c任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但在屏上仍有光亮d屏上無(wú)任何光亮解析：題目中給出的條件是：以白光為光源時(shí)，在屏幕上得到了彩色的干涉條紋。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），那么，從雙縫射出的則是頻率不