高二物理《用雙縫干涉測量光的波長》優(yōu)秀教案

高二物理《用雙縫干涉測量光的波長》優(yōu)秀教案(一)學問與技能

1.把握明條紋(或暗條紋)間距的計算公式及推導過程。

2.觀看雙縫干涉圖樣，把握試驗方法。

(二)過程與方法

培育同學的動手力量和分析處理故障的力量。

(三)情感、態(tài)度與價值觀

體會用宏觀量測量微觀量的方法，對同學進行物理方法的訓練。

【教學重點】

雙縫干涉測量光的波長的試驗原理及試驗操作。

【教學難點】

L、d、的精確?????測量。

【教學方法】

復習提問，理論推導，試驗探究

【教學用具】

雙縫干涉儀、光具座、光源、同學電源、導線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺

【教學過程】

(一)引入新課

師：在雙縫干涉現(xiàn)象中，明暗條紋消失的位置有何規(guī)律?

生：當屏上某點到兩個狹縫的路程差=2n，n=0、1、2時，消失明紋;當=(2n+1)，n=0、1、2時，消失暗紋。

師：那么條紋間距與波長之間有沒有關系呢?下面我們就來推導一下。

(二)進行新課

1.試驗原理

師：[投影下圖及下列說明]

設兩縫S1、S2間距離為d，它們所在平面到屏面的距離為l，且ld，O是S1S2的中垂線與屏的交點，O到S1、S2距離相等。

推導：(老師板演，同學表達)

由圖可知S1P=r1

師：r1與x間關系如何?

生：r12=l2+(x-)2

師：r2呢?

生：r22=l2+(x+)2

師：路程差|r1-r2|呢?(大部分同學緘默，由于兩根式之差不能進行深化運算)

師：我們可不行以試試平方差?

r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx

由于ld，且lx，所以r1+r22l，這樣就好辦了，r2-r1=r=x

師：請大家別忘了我們的任務是查找x與的關系。r與波長有聯(lián)系嗎?

生：有。

師：好，當r=2n，n=0、1、2時，消失亮紋。

即x=2n時消失亮紋，或寫成x=

第n條和第(n-1)條(相鄰)亮紋間距離x為多少呢?

生：x=xn-xn-1

=[n-(n-1)]

師：也就是x=

我們勝利了!大家能用語言表述一下條紋間距與波長的關系嗎?

生：成正比。

師：對，不過大家別忘了這里l、d要肯定。暗紋間距大家說怎么算?

生：一樣。

師：結果如何?

生：一樣。

師：有了相鄰兩個亮條紋間距公式x=，我們就可以用雙縫干涉試驗來測量光的波長了。

2.觀看雙縫干涉圖樣

(老師指導同學按步驟進行觀看，也可引導同學先設計好步驟，分析討論后再進行，老師可將試驗步驟投影)

步驟：(1)按課本圖13.3-2，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，使燈絲正常發(fā)光;

(3)調整各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏;

(4)安裝單縫和雙縫，使雙縫與單縫平行，二者間距約5~10cm.;

(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀看單色光的干涉條紋。

(6)那走濾光片，觀看白光的干涉條紋。

(老師指導同學分別觀看紅色、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59頁彩圖13.3-3對比，得出結論：紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條紋間距(留意其他條件相同，進行試驗)。對于同種色光，轉變雙縫間距d，得出結論：雙縫間距d越小，條紋間距越大。觀看線狀白熾燈的干涉條紋，與課本60頁圖彩圖對比，得出結論：白光的干涉條紋是彩色的。)

3.測定單色光的波長

(老師指導同學按步驟進行測量，也可引導同學先設計好步驟，分析討論后再進行，老師可將試驗步驟投影)

步驟：(1)安裝測量頭，調整至可清楚觀看到干涉條紋;

(2)使分劃板中心刻線對齊某條(記為第1條)亮條紋的中心，登記手輪上的讀數(shù)a1，轉動手輪，使分劃板中心刻線移動，當中心刻線與第n條亮紋中心對齊，登記移動的條紋數(shù)n和移動后手輪的讀數(shù)a2，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在雙縫玻璃上已標出);

(5)重復測量、計算，求出波長的平均值;

(6)換用不同濾光片，重復試驗。

說明：試驗過程中老師要留意指導：

(1)雙縫干涉儀是比較精密的試驗儀器，試驗前老師要指導同學輕拿輕放，不要任憑拆分遮光筒，測量頭等元件，同學若有探究的愛好應在老師指導下進行。

(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會粘附灰塵，要指導同學用擦鏡紙輕輕擦拭，不用其他物品擦拭或口吹氣除塵。

(3)指導安裝時，要求同學留意調整光源、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，引導同學分析理由。

(4)光源使用線狀長絲燈泡，調整時使之與單縫平行且靠近。

(5)試驗中會消失像屏上的光很弱的狀況.主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致;干涉條紋的清楚與否與單縫和雙縫是否平行很有關系.因此(3)(4)兩步要求應在同學試驗中引導他們分析，培育分析問題的力量。

(6)試驗過程中同學還會遇到各種類似故障，老師要鼓舞他們分析查找緣由。

(三)課堂總結、點評

通過今日的學習，我們把握了干涉條紋的間距與光的波長之間的定量關系，即x=，并利用上式測量了光的波長。該試驗為我們供應了一種用宏觀量測量微觀量的方法。

(四)課余作業(yè)

完成P60問題與練習的題目。

附：課后訓練

1.在做雙縫干涉試驗時，用一般的白光做光源，若在雙縫處把一縫用紅色玻璃攔住，另一縫用綠色玻璃攔住，則屏上會消失()

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.無干涉條紋，但有亮光

答案：D

2.在楊氏雙縫干涉試驗中，保持雙縫到屏的距離不變，調整雙縫間距離，當距離增大時，干涉條紋距離將變________，當距離減小時，干涉條紋間距將變________.

答案：小，大

3.用單色光做雙縫干涉試驗時，測得雙縫間距離為0.4mm，雙縫到屏的`距離為1m，干涉條紋間距為1.5mm，求所用光波的波長。

答案：610-7m

4.光纖通信是70年月以后進展起來的新興技術，世界上很多國家都在樂觀討論和進展這種技術。放射導彈時，可在導彈后面連一根細如蛛絲的光纖，就像放風箏一樣，這種纖細的光纖在導彈和放射裝置之間，起著雙向傳輸信號的作用，光纖制導的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85m的單色光。而上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管放射的在纖芯中波長為1.06m的單色光，這樣操縱系統(tǒng)通過這根光纖向導彈發(fā)出掌握指令，導彈就猶如長眼睛一樣盯住目標。依據(jù)以上信息，回答下列問題：

(1)在光纖制導中，上行光信號在真空中波長是多少?

(2)為什么上行光信號和下行光信號要采納兩種不同頻率的光?(已知光纖纖芯的折射率為1.47)

答案：(1)157m，(2)假如上行光信號和下行光信號頻率相同，會發(fā)生干涉現(xiàn)象。相互間產(chǎn)生干擾。

5.在雙縫干涉試驗中，以白光為光源，在屏幕上觀看到了彩色干涉條紋。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()

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逝

B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消逝，其他顏色的雙縫干涉條紋依舊存在

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，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，所以不行能產(chǎn)生干涉條紋，故A、D錯;而其他顏色的光不行能透過濾光片，故B亦錯.雖然不能產(chǎn)生干涉條紋，但仍有光照在屏上，故C對。

答案：C

6.用單色光做雙縫干涉試驗，下列說法正確的是

A.相鄰干涉條紋之間距離相等

B.中心明條紋寬度是兩邊明紋寬度的兩倍

C.屏與雙縫之間距離減小，則屏上條紋間的距離增大

D.在試驗裝置不變的狀況下，紅光的條紋間距小于藍光的條紋間距

解析：由于雙縫干涉的條紋寬x=，可見條紋寬應是相等的，A正確，BC錯，又由于紅藍，所以x紅x藍，故D錯.

答案：A

7.如圖所示，用波長為的單色光做雙縫干涉試驗時，設兩個狹縫S1、S2到屏上某點P的路程差為d，則

A.距O點最近的一條暗紋必是d=/2

B.對屏上某點d=n/2(n為正整數(shù))時，消失暗紋

C.距O點越遠的點d越長，就越簡單消失暗條紋

D.用各色光在同一條件下試驗，波長越短的色光條紋間距越小

解析：當路程差d=n時消失亮條紋，路程差d=(2n+1)/2時消失暗條紋，可見，當n=0時，d=/2，所以A正確。由x=l/d(式中d為兩狹縫間的距離)得，頻率越大的色光，其波長越短，干涉條紋之間的距離越小，故D正確。

答案：AD

8.在利用雙縫干涉測定光波波長時，首先調整________和________的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.當屏上消失了干涉圖樣后，用測量頭上的游標卡尺測出n條明紋間距離a，則兩條相鄰明條紋間的距離x=________，雙縫到毛玻璃屏的距離L用________測量，用公式________可以測出單色光的波長。

答案：光源、濾光片、單縫、雙縫，毫米刻度尺x=

9.用紅光做光的干涉試驗時，已知雙縫間的距離為0.21