高二物理人教版選修35實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測量光的波長

1、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長重/難點(diǎn)重點(diǎn)：雙縫干涉測量光的波長的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作。難點(diǎn)：、L、d、的準(zhǔn)確測量。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：推導(dǎo)出相鄰兩個(gè)亮條紋間距公式，我們就可以用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)來測量光的波長了。難點(diǎn)分析：學(xué)生在測量、L、d、的值的過程中總會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的錯(cuò)誤，包括螺旋測微器等儀器的使用，也包括計(jì)算，教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，熟練掌握測量和分析計(jì)算等技巧。突破策略（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之間有沒有

2、關(guān)系呢？下面我們就來推導(dǎo)一下。（二）進(jìn)行新課1實(shí)驗(yàn)原理師：投影下圖及下列說明設(shè)兩縫間距離為d，它們所在平面到屏面的距離為l，且l>>d，O是的中垂線與屏的交點(diǎn)，O到距離相等。推導(dǎo)：（教師板演，學(xué)生表達(dá)）由圖可知師：與x間關(guān)系如何？生：師：呢？生：師：路程差呢？（大部分學(xué)生沉默，因?yàn)閮筛街畈荒苓M(jìn)行深入運(yùn)算）師：我們可不可以試試平方差？由于l>>d，且l>>x，所以師：請大家別忘了我們的任務(wù)是尋找x與的關(guān)系。r與波長有聯(lián)系嗎？生：有。師：好，當(dāng)r=2n·，n=0、1、2時(shí)，出現(xiàn)亮紋。即·x=2n·時(shí)出現(xiàn)亮紋，或?qū)懗蓌=第n條和第

3、（n-1）條（相鄰）亮紋間距離x為多少呢？生：師：也就是我們成功了！大家能用語言表述一下條紋間距與波長的關(guān)系嗎？生：成正比。師：對，不過大家別忘了這里l、d要一定。暗紋間距大家說怎么算？生：一樣。師：結(jié)果如何？生：一樣。師：有了相鄰兩個(gè)亮條紋間距公式，我們就可以用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)來測量光的波長了。2觀察雙縫干涉圖樣（教師指導(dǎo)學(xué)生按步驟進(jìn)行觀察，也可引導(dǎo)學(xué)生先設(shè)計(jì)好步驟，分析研究后再進(jìn)行，教師可將實(shí)驗(yàn)步驟投影）步驟：（1）按課本圖，將光源、單縫、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。（2）接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光；（3）調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏；（4）安裝單縫和雙

4、縫，使雙縫與單縫平行，二者間距約510 cm.；（5）在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。（6）拿走濾光片，觀察白光的干涉條紋。（教師指導(dǎo)學(xué)生分別觀察紅色、紫色等不同顏色的單色光的干涉圖樣，比較不同色光干涉條紋寬度，與課本第彩圖對照，得出結(jié)論：紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條紋間距（注意其他條件相同，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）。對于同種色光，改變雙縫間距d，得出結(jié)論：雙縫間距d越小，條紋間距越大。觀察線狀白熾燈的干涉條紋，與課本圖彩圖對比，得出結(jié)論：白光的干涉條紋是彩色的。） 3測定單色光的波長（教師指導(dǎo)學(xué)生按步驟進(jìn)行測量，也可引導(dǎo)學(xué)生先設(shè)計(jì)好步驟，分析研究后再進(jìn)行，教師可將實(shí)驗(yàn)步驟投影）步驟：（1

5、）安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋；（2）使分劃板中心刻線對齊某條（記為第1條）亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)，當(dāng)中心刻線與第n條亮紋中央對齊，記下移動(dòng)的條紋數(shù)n和移動(dòng)后手輪的讀數(shù)，則相鄰兩條紋間的距離。（3）用刻度尺測量雙縫到光屏間距離L；（4）用游標(biāo)卡尺測量雙縫間距d（這一步也可省去，d在雙縫玻璃上已標(biāo)出）；（5）重復(fù)測量、計(jì)算，求出波長的平均值；（6）換用不同濾光片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。說明：實(shí)驗(yàn)過程中教師要注意指導(dǎo)：（1）雙縫干涉儀是比較精密的實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)前教師要指導(dǎo)學(xué)生輕拿輕放，不要隨便拆分遮光筒，測量頭等元件，學(xué)生若有探索的興趣應(yīng)在教師指導(dǎo)下進(jìn)行。（2

6、）濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會(huì)粘附灰塵，要指導(dǎo)學(xué)生用擦鏡紙輕輕擦拭，不用其他物品擦拭或口吹氣除塵。（3）指導(dǎo)安裝時(shí)，要求學(xué)生注意調(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、雙縫平行且豎直，引導(dǎo)學(xué)生分析理由。（4）光源使用線狀長絲燈泡，調(diào)節(jié)時(shí)使之與單縫平行且靠近。（5）實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)像屏上的光很弱的情況。主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致；干涉條紋的清晰與否與單縫和雙縫是否平行很有關(guān)系。因此（3）（4）兩步要求應(yīng)在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)他們分析，培養(yǎng)分析問題的能力。（6）實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生還會(huì)遇到各種類似“故障”，教師要鼓勵(lì)他們分析查找原因。例1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光

7、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（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），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（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），那么，從雙縫射出的則是頻率不同的紅色光和綠色光，所以不可能產(chǎn)生干涉條紋，故A、D錯(cuò)；而其他顏色的光不可能透過濾光片，故B亦錯(cuò)。雖然不能產(chǎn)生干涉條紋，但仍有光照在屏上，故C對。突破反思本堂課主要利用光的干涉現(xiàn)象測量光的波長。通過本實(shí)驗(yàn)，我們可以更進(jìn)一步地了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)