高中物理選修第十三章《用雙縫干涉測量光的波長》

1、課題§13.3 實驗：用雙縫干涉測量總課時數1課型新授課編定人審核人執(zhí)教時間知識了解“用雙縫測量光的波長”的實驗原理，知道影響干涉條紋寬度的因素學目標習能力經歷用雙縫干涉測量光的波長的實驗過程，加深對雙縫干涉圖樣的認識和理解。目目標標情感經歷用雙縫干涉測量光的波長的實驗過程，加深對雙縫干涉圖樣的認識和理解，養(yǎng)成合作意識。目標重點利用兩相鄰亮條紋中心間距的表達式測單色光的波長。難點相鄰兩條亮條紋間距的的表達式推導。學情分析學生對于波的干涉和光的干涉的原理已經非常清楚，所以學的起來比較好學。教學方法探究合作學習、學案導學教學手段多媒體課件教學過程師 生 活動教學活動過程新知預習實驗裝置采

2、用雙縫干涉儀,它由各部分光學元件在光具座上組成,如圖 13-3-1 所示 .學生觀察雙縫干涉的實驗裝置并填空（3 分鐘）圖13-3-11.根據公式 _可計算波長 ,雙縫間的距離兩條亮 (暗)紋間的距離x用測量頭測出.d 是已知的,雙縫到屏的距離l 可以用米尺測出,相鄰2.實驗中 , 濾光片作用 :_;單縫作用 _; 雙縫作用是獲得_光源 ;單縫和雙縫放置時應 _.其中心大致位于遮光筒的_上.典題 ·熱題知識點一利用雙縫干涉測量波長的實驗例 1 如圖 13-3-4 所示是實驗裝置示意圖，甲圖是用綠光進行實驗的，光屏上觀察到的條紋情況，為中央明紋；乙圖為換另一種顏色的單色光進行實驗時觀察

3、到的條紋情況，b 為此時中央明條紋，則下列說法正確的是()a做雙縫干涉實驗后做下面練習題（ 30 分鐘）圖 13-3-4A. 乙圖可能是用紅光實驗產生的條紋，表明紅光波長較長B.乙圖可能是用紫光實驗產生的條紋，表明紫光波長較長C. 乙圖可能是用紫光實驗產生的條紋，表明紫光波長較短D. 乙圖可能是用紅光實驗產生的條紋，表明紅光波長較短l解析：在同一實驗裝置下，l 、d 相同，由 x= d 可知，相鄰兩條亮條紋（或暗條紋）之間的距離x與 成正比 .由題意知乙中b 大于甲中 a，所以乙圖所用光的波長要長， 而對于可見光紅、 橙、黃、綠、藍、靛、紫，波長依次變短，由此可知可能是紅光而不是紫光.A 選項

4、正確 .答案： Al方法歸納 明確條紋間距公式x= d 中各物理量的意義， 通過實驗觀察和理論總結理解條紋間距與學生獨立完成同步練波長成正比關系，是解決本題的關鍵.習（ 10 分鐘）例 2 如圖 13-3-5 所示是用雙縫干涉測光的波長的實驗設備示意圖.圖 13-3-5（ 1）圖中是光源，是光屏，它們之間的依次是、和.（ 2）以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離（）A. 增大和之間的距離B.增大和之間的距離C. 將紅色濾光片改為綠色濾光片D. 增大雙縫之間的距離解析：在光的干涉測波長的實驗中，光具座上從左向右依次是光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、l光屏和測量頭 由x=d可知，相鄰

5、兩條紋間距離與雙縫間的距離成反比，應減小雙縫之間的距離，.D 選項錯，增大雙縫到屏之間的距離，B 選項正確，增大光的波長， C 選項錯誤 .答案：（ 1）濾光片單縫 雙縫 （2） B方法歸納掌握光的干涉測波長的實驗原理，熟悉實驗步驟，正確運用公式計算光的波長.知識點二條紋間距、雙縫間距、縫屏間距、波長的關系例 3 在用單色光做雙縫干涉實驗中，屏中央（到兩縫距離相等處）是亮條紋，稱為第零級亮條紋，緊靠中央亮紋的暗紋稱為第一級暗紋，那么（）A. 第三級暗紋到兩縫距離差為波長的1.5 倍B.第三級亮紋到兩縫距離差為波長的1.5 倍C. 第三級亮紋到兩縫距離之差為波長的2 倍D. 第三級亮紋到兩縫距離

6、差為波長的3 倍解析：根據出現(xiàn)明暗條紋的條件：當|S21P|=n 時，在屏上 P 點出現(xiàn)亮條紋 .n=0 時，在屏中央出P-S現(xiàn)第零級亮紋，n=1 時，在屏上出現(xiàn)第一級亮紋.以此類推， |S2P-S1P |=2 (2n-1) 在屏上出現(xiàn)暗條紋.n=1 時，在屏上出現(xiàn)第一級暗紋，n=2 時，在屏上出現(xiàn)第二級暗紋.以此類推，根據以上所述，答案應選D.答案： D誤區(qū)警示本題只需掌握出現(xiàn)明、暗條紋的條件及出現(xiàn)第幾級明（暗）紋時，n 就是幾 .易錯點是切不可把 |S2 P-S1P |=2 (2n-1) 記作 |S2P-S1 P |=2 (2n+1).例 4 用單色光照射雙縫，雙縫間距等于0.06 cm，

7、縫到屏的距離為1.5 m，若測得屏上7 條亮條紋之間共相距 9.0 mm，則此單色光的波長是多少？d解析：先通過已知條件得出兩個相鄰條紋間距x，然后利用公式 =lx進行計算 .答案：兩個相鄰條紋間距x=9.0 mm/（7-1） =9.0 mm/6=1.5 ×10-3 m用-3-4m，縫到屏的距離l=1.5 mx=1.5 × 10m 及雙縫間距d=0.06 cm=6 ×10dl x可得： =6×-7代入 =10m.誤區(qū)警示容易犯的錯誤是：兩個相鄰條紋間距x=9.0 mm/7，錯誤的原因是沒搞清楚條紋數和間距數的關系 .自主廣場我夯基我達標1.在利用雙縫干涉

8、測光波波長時，首先調節(jié) _、_和 _中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直并且相互平行，當屏幕上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測量頭上的游標卡尺測出 n 條明紋的距離a,則兩條明條紋間的距離x=_，雙縫到毛玻璃屏的距離l 用_測量，用公式 _可以計算出單色光的波長 .思路解析：理解雙縫干涉的實驗原理，正確操作實驗裝置，會分析實驗數據，如兩明條紋間距alx=n1 ,波長用公式x=d 推導可得 .al答案：濾光片 單縫 雙縫 n1米尺x=d 2.用紅光做光的干涉實驗時，已知雙縫間的距離為0.2 ×10-3 m,測得雙縫到屏的距離為0.700 m.分劃板中心刻線對第一級亮條紋中央時手輪讀數

9、為0.200 ×10-3 m.第四條亮條紋所在的位置為7.470 ×10-3 m.則紅光的波長為 _.若改用藍光做實驗， 其他條件不變， 則干涉條紋寬度將變_（填“寬 ”或“窄 ”） .7.47010 30.20010 3思路解析：條紋間距x=3m=2.423×10-3 m.l由 x=d 得：l0.210 32.24310 3dx=0.7m.=答案： 6.9 ×10-7 m 窄3.用雙縫干涉測光的波長，實驗中采用雙縫干涉儀，它包括以下元件：A. 白熾燈 ,B.單縫片， C.光屏，D. 雙縫， E.濾光片 . （其中雙縫和光屏連在遮光筒上）（ 1）把以上元

10、件安裝在光具座上時，正確的排列順序是：A_（ A 已寫好） .（ 2）正確調節(jié)后，在屏上觀察到紅光干涉條紋，測量出10 條紅亮紋間的距離為 a;改用綠色濾光片，其他條件不變，測量出10 條綠亮紋間的距離為 b,則一定有 _大于 _.l思路解析：由于紅光波長大于綠光，根據x=d 可知， x紅>x綠 ，則一定有紅光距離a 大于綠光學生總結自我練習（ 6 分鐘）距離 b.答案：（ 1）EBDC（ 2） a b4.在雙縫干涉實驗中，設單縫寬度為h，雙縫距離為d，雙縫與屏距離為l ，當采取下列四組數據中的哪一組時，可在光屏上觀察到清晰可辨的干涉條紋（)A.h=1 cm d=0.1 mm l=1 m

11、B.h=1 mm d=0.1 mm l=10 cmC.h=1 mm d=10 cm l=1 mD.h=1 mm d=0.1 mm l=1 ml思路解析：根據x=d 可以得知，當d 較小、 l 較大時，干涉條紋間距離明顯，由此可以排除C 、B.由于干涉光束是同頻率的，故h 要小，才能得到同頻率光，排除A，故選 D.答案： D5.在雙縫干涉的實驗中，入射光的頻率為5×1014 Hz ，從雙縫射出的兩束光到達屏上某點的路程差為15 000，該點將出現(xiàn)什么樣的條紋？c3108 m / s思路解析：因為 v51014 Hz Hz=0.6 ×10-6 m=6×10-7x又因為

12、 2 所以 x=5由干涉現(xiàn)象規(guī)律可知：該點將出現(xiàn)第三級暗條紋.我綜合我發(fā)展6.某同學在用雙縫干涉儀做雙縫干涉實驗時，測得雙縫間距d=3.0 ×10-3 m，雙縫到光屏間的距離為 1m，前兩次測量手輪上的示數分別為0.6 ×10-3 m 和 6.6 ×10-3m，兩次測量中分劃板中心刻線分別對齊第一條亮紋和第五條亮紋中心.求該單色光的波長 .圖 13-3-8a6.010 30.610 3a思路解析：由題意知x=n 151=1.5 ×10-3 m，( x不是等于 n ，因為分劃板中心刻線位于亮條紋中心，如題圖所示，分劃板兩次中心刻線間四個亮條紋)dx= l=

13、2.4 ×10-3 m.答案： 2.4 ×10-3 m7.現(xiàn)有毛玻璃屏 A、雙縫 B 、白光 C 、單縫 D 和透紅光的濾片E 等元件，要把它們放在圖13-3-9 所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長.圖 13-3-9（ 1）本實驗的步驟有：取下遮光筒左側的元件，調節(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元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上 ; 用米尺測量雙縫到屏的距離；用測量頭 (其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮紋間的距離.在操作步驟時還應注意_.（ 2）將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1

14、條亮紋，此時手輪上的示數如圖 13-3-10 甲所示， 然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6 條亮紋中心對齊， 記下此時圖 13-3-10 乙中手輪上的示數為_mm，求得相鄰亮紋的間距x=_mm.圖 13-3-10（ 3）已知雙縫間距 d 為 2.0 ×10-4 m，測得雙縫到屏的距離 l 為 0.700 m，由計算式 =，求得所測紅光波長為 _m.思路解析：應注意調節(jié)單縫與雙縫間距，并使單縫與雙縫平行以便能形成相干光源，發(fā)生干涉現(xiàn)象.（ 1）應注意調節(jié)單縫與雙縫間距，并使單縫與雙縫平行以便能形成相干光源，發(fā)生干涉現(xiàn)象.（ 2）螺旋測微器的讀法是將固定刻度上的毫米數加上可變刻度上的讀數，題圖乙上的讀數為13.5mm+37.0×0.0