4.4實驗用雙縫干涉測光的波長（導學案）（學生版）

第4節(jié)實驗：用雙縫干涉測光的波長導學案【學習目標】1.會根據(jù)干涉條紋的間距和光的波長之間的關(guān)系，確定測量光的波長的實驗思路。2.能設(shè)計實驗方案并正確操作實驗器材，得到明顯的干涉條紋。3.知道兩種測量頭的操作和讀數(shù)規(guī)則，并獲得數(shù)據(jù)。4.對測量數(shù)據(jù)進行整理，得到波長的測量值?！緦W習重難點】1.教學重點：光的干涉的概念及表達式、光的干涉的條件、光的干涉的應用；2.教學難點：光的干涉的條件、光的干涉的應用?！局R回顧】1.螺旋測微器讀數(shù)方法：讀數(shù)方法:測量值(mm)=固定刻度數(shù)(mm)+可動刻度數(shù)(估讀一位)×(mm)。2.相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距Δx＝?！咀灾黝A習】一、實驗目的1．觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。2．掌握利用公式測量單色光波長的方法。二、實驗原理1．測量原理在雙縫干涉實驗中，由條紋間距公式可知，已知雙縫間距d，測出雙縫到屏的距離l，再測出相鄰兩明條紋(或相鄰兩暗條紋)中心間距Δx，即可由公式計算出入射光波長的大小。2．條紋間距Δx的測量方法如圖甲所示，測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，測量時先轉(zhuǎn)動測量頭，讓分劃板中心刻線與亮條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，然后轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板向左(向右)移動至分劃板的中心刻線與另一相鄰亮條紋的中心對齊，如圖乙所示，記下此時讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動手輪，用同樣的方法測出n條亮紋間的距離a，可求出相鄰兩亮紋間的距離。三、實驗器材(包括：光具座、光源、透鏡、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、濾光片、學生電源、導線、米尺。【課堂探究】【新課導入】同學們，你見過最精密的尺子是什么？可能是千分尺，千分尺的精確度可以達到105m,你知道，可光的波長比這個還有小的很多，光的波長是怎樣被測量出來的，你能根據(jù)之前學習過的知識設(shè)計實驗方案嗎？【新課教學】任務一、實驗思路由雙縫干涉亮（暗）紋間距的公式，怎樣利用這個規(guī)律測量某種光的波長？任務二、物理量的測量實驗器材雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)、學生電源、導線、刻度尺．物理量的測量為了達到目標，該實驗需要測量那些物理量，怎么測量物理量？l的測量：的測量：如何測量？由于條紋間距寬度較小，如何優(yōu)化設(shè)計？任務三、數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析提問：如何分析得出結(jié)論？哪些因素會導致實驗有誤差？任務四、實驗方案（一）實驗方案請根據(jù)上述分析設(shè)計實驗方案，并與其他同學交流？上述實驗方案在操作過程中注意哪些事項？【自我測評】1．某同學用雙縫干涉實驗測量某單色光的波長。(1)實驗裝置如圖所示，將光源放在光具座最左端，由左至右依次放置其他光學元件，①、②兩處放置的元件分別為：________、________(選填“雙縫”或“單縫”)；(2)接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋，若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條亮條紋到第7條亮條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝________。2．某同學利用圖示裝置測量某單色光的波長，請回答以下問題：(1)裝置b為________，作用是____________________。(2)為使實驗現(xiàn)象明顯，下列操作有必要的是________。A．保證單縫與雙縫的間距為波長的整數(shù)倍B．使a、b間的距離適當大些C．使單縫與雙縫相互平行D．把光源置于透鏡的焦點上(3)已知雙縫的間距為0.3mm，實驗中測得雙縫到屏的距離為1.2m，第1條亮紋與第5條亮紋間的距離為12.160mm，則該單色光的波長為________m。3．在雙縫干涉測量波長的實驗中，實驗裝置如圖甲所示，用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。某次實驗中，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板左右移動，讓分劃板的中心刻線對準亮紋的中心(如圖乙所示)，記下此時手輪上的讀數(shù)為xA＝11.1mm，轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心，記下此時手輪上的讀數(shù)為xB＝15.6mm。(1)已知單縫與雙縫的距離l1＝60mm，雙縫與屏的距離l2＝500mm，單縫寬d1＝0.10mm，雙縫間距d2為0.40mm，寫出計算波長λ的表達式，λ＝____________(用xA、xB、l1、l2、d1、d2表示)。求得所測單色光波長為________nm。(2)若增大雙縫的間距，其他條件保持不變，則得到的干涉條紋間距將________(填“變大”“不變”或“變小”)。(3)若改用頻率較高的單色光照射，其他條件保持不變，則得到的干涉條紋間距將________(填“變大”“不變”或“變小”)。4．在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中。(1)圖甲是用雙縫干涉測光波波長的實驗設(shè)備示意圖，圖中①是光源，②是濾光片，③是單縫，④是雙縫，⑤是光屏。下列操作能減小光屏上相鄰兩條亮條紋之間距離的是________。A．減?、诤廷壑g的距離B．減小③和④之間的距離C．將紅色濾光片改成綠色濾光片D．增大雙縫之間的距離(2)轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對準第1條亮條紋，此時手輪的示數(shù)為0.045mm。繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線對準第13條亮條紋，此時手輪的示數(shù)如圖乙所示，則相鄰兩條亮條紋的間距是__________mm。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(3)已知雙縫的間距是0.40mm、雙縫和光屏之間的距離是800mm，則待測光的波長是________m。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)5．用雙縫干涉測量光的波長實驗裝置如圖甲所示。將雙縫干涉實驗儀器按要求安裝在光具座上，光源發(fā)的光經(jīng)濾光片(裝在單縫前)成為單色光，把單縫照亮。單縫相當于一個線光源，它又把雙縫照亮，已知雙縫間的距離為0.3mm。透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。遮光筒的一端裝有毛玻璃屏，通過目鏡，我們可以在屏上觀察到干涉條紋。(1)實驗時，需要通過光具座上的刻度尺測量的物理量是________與________之間的距離。(2)某次實驗中將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，并將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖乙所示；然后轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，此時手輪上的示數(shù)如圖丙所示。圖乙的示數(shù)為________m