《2017-2018学年人教版选修3-4 实验：用双缝干涉测量光的波长 第1课时 教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年人教版选修3-4 实验：用双缝干涉测量光的波长 第1课时 教案（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、13.4实验：用双缝干涉测量光的波长【教学目标】（一）知识与技能1掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。2观察双缝干涉图样，掌握实验方法。（二）过程与方法培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。（三）情感、态度与价值观体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。【教学重点】双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。【教学难点】、L、d、的准确测量。【教学方法】复习提问，理论推导，实验探究【教学用具】双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺【教学过程】（一）引入新课在双缝干涉现象中，当屏上某点到两个狭缝的路程差=2n
2、，n=0、1、2时，出现明纹；当=（2n+1） ，n=0、1、2时，出现暗纹。那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就通过实验来推导一下。实验目的(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样。(2)掌握用公式x测定单色光的波长的方法。二、实验原理1相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离x与入射光波长之间的定量关系推导：如图521所示，设双缝S1和S2的距离为d，到屏的距离为l，且ld，O到S1、S2的距离相等。从S1、S2射出的光波到达O点的路程相等，所以两列波到O点时路程差为零，总是互相加强，在O点就出现亮条纹。现在我们来研究与O点距离为x的P点的情况。图521P到S1、S2的距离分别为r1、r2，从
3、S1、S2发出的光波到达P点的路程差是rr2r1，从图可知r12l2(x)2，r22l2(x)2两式相减，可得r22r12(r2r1)(r2r1)2dx由于ld，且lx，因此r2r12l，所以rx。若P处为亮条纹，则xk(k0,1,2)，解得：xk(k0,1,2，)，相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距：x2测量原理由公式x可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；l是双缝到屏的距离，可以测出，那么，只要测出相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)中心间距x，即可由公式x计算出入射光波长的大小。3测量x的方法测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图522所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹
4、平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮条纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离x。图522三、实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等、学生电源、导线、米尺。四、实验过程1观察双缝干涉图样如图523所示：图523(1)把遮光管架在支架环上，其轴线与光具座的导轨基本平行。(2)在遮光管的一端装上双缝，并转动双缝座，使双缝与水平面垂直。再装好单缝管。(3)让灯泡灯丝及透镜中心与单缝中心等高。灯丝与单缝之间的距离约为25 cm。
5、点亮灯泡，先把透镜移近单缝，直至在单缝面上见到灯丝的缩小像，然后把透镜移近灯泡，直至在单缝面上形成一放大的灯丝像，若灯丝的放大像不在单缝中心，则上下或左右调节灯泡。反复调节几次，使灯丝的放大像及缩小像均成在单缝中心。(4)在遮光管的另一端装上测量头。在单缝管上装上拨杆，边观察，边左右移动拨杆，以调节单缝与双缝平行，直至看到白光的干涉条纹最清晰。这时看到的彩色干涉条纹的特征是：中央为一条白色亮条纹，称为零级亮条纹；其余各级亮条纹都是带彩色的，彩色的排列以零级亮条纹为中心左右对称。在第一级亮条纹中，红色在最外侧。2测定单色光的波长(1)测量单色光波长时，在单缝前面加上红色或绿色滤光片即可看到红黑相
6、间或绿黑相间的干涉条纹，再调节目镜，就能同时清晰地看到分划线和干涉条纹，然后绕光轴转动测量头，使分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量。图524(2)先移动测量头上的手轮，把分划线对准最左边的一条干涉亮条纹或者暗条纹，并记下它在游标尺上的读数x1，然后转动手轮，把分划线移向右边，并对准第n条(一般n可取7左右)干涉亮条纹或暗条纹，这时游标尺的读数为xn，如图524所示。则相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离为x，待测的光波波长为，式中d为双缝中心距离，其数值刻在双缝座上，一块为0.250 mm，另一块为0.200 mm。l为双缝至光屏(即分划板)之间的距离，当遮光管未接长管时，l600
7、mm；当遮光管接上长管后，l700 mm。(3)改变双缝中心距离d，重复上面的步骤，再测一次。五、数据处理(1)用测量头测量某单色光干涉图样的条纹间距x。(2)将l、d、x代入x，求出光的波长。重复测量、计算，求出波长的平均值。(3)换用不同颜色的滤光片，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长。六、注意事项(1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行。(2)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。(3)测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。(4)要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求x。(5)照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条
8、纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。七、误差分析(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差。(2)测条纹间距x带来的误差。干涉条纹没有调到最清晰的程度。分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。测量多条亮条纹间距离时读数不准确。例1在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图)：图525(1)下列说法哪一个是错误的_。(填选项前的字母)A调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出
9、相邻两条亮纹间距x(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图526，其示数为_mm。图526解析：(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，首先应取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束直接沿遮光筒轴线把屏照亮，故选项A错误；根据实验操作可知选项B、C正确。(2)读数为1.5 mm47.00.01 mm1.970 mm。答案：(1)A(2)1.970例2在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图527甲所示，并选用缝间距d0.2 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。图527(1)已知测量头主尺的最
10、小刻度是毫米，副尺上有50个分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图527乙(a)所示，图527乙(a)中的数字是该同学给各暗条纹的编号，此时图527乙(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图527丙(a)所示，此时图527丙(b)中游标尺上的读数x2_ mm；(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明条纹(或暗条纹)间的距离x_ mm；这种色光的波长_ nm。解析：由游标尺的读数规则可知x2(15.010.02) mm15.02 mm；图乙(a)中暗条纹与图丙(a)中暗条纹间的间隔为6个，故x2.31 mm；由x可知6
11、.6102 nm。答案：(1)15.02(2)2.316.6102课堂练习：1用如图528所示的装置观察光的双缝干涉现象时，以下推断正确的是()图528A单缝屏的作用是使入射光线到达双缝屏时，双缝就成了两个振动情况总是相同的光源B若入射光是白光，像屏上产生的条纹是黑白相间的干涉条纹C像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，该点处一定是亮条纹D双缝干涉现象中亮条纹之间距离相等，暗条纹之间的距离不相等解析：选A若入射光为白光，则像屏上出现彩色条纹，B错误；若r1.53，则该点应出现暗条纹，C错误；双缝干涉条纹间距是相等的，D错误。2在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光。为了增大干涉条纹
12、的间距，该同学可以采用的方法有()A改用红光作为入射光B改用蓝光作为入射光C增大双缝到屏的距离 D增大双缝之间的距离解析：选AC在双缝干涉实验中，条纹间距公式x，可见，干涉条纹间距与入射光的波长成正比，与双缝到屏的距离成正比，与双缝间距离成反比。红光波长大于黄光波长，选项A正确；蓝光波长小于黄光波长，选项B错；增大双缝到屏的距离，则干涉条纹间距增大，选项C正确；增大双缝之间的距离，干涉条纹间距减小，选项D错。3用单色光做双缝干涉实验，在光屏上某点P，从中央O点开始计数，P点恰为第三条亮条纹，现改用频率较高的单色光照射，其他的条件不变，那么()AP处仍为第三条亮条纹BP处可能是第四条亮条纹CP处
13、可能是第二条亮条纹D若将光屏向双缝移近一些，在P处可能看到第二条亮条纹解析：选B频率高，则波长短，双缝到P点光程差不变，故A、C错，B对；若将光屏向双缝移近一些，条纹间距变小，故D错。4在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，测量如图529所示，此时螺旋测微器的读数是_ mm。转动手轮，使分划线向一侧移动到另一条亮条纹中心位置，由螺旋测微器再读出一组数。若实验测得的4条亮条纹中心间的距离x0.960 mm。已知双缝间距d1.5 mm，双缝到屏的距离l100 cm，则对应的光波波长为_ cm。图529解析：根据螺旋测微器的读数规则，读数为1.1
14、80 mm；根据公式x，即，解得4.8107 m4.8105 cm。答案：1.1804.81055用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l75.0 cm，如图5210甲所示，实验时先转动如图5210乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图5210丙所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图5210戊所示，则游标尺上的读数x1_ mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹，如图5210丁所示，此时卡尺的主尺和游标的位置如图5210已所示，则游标卡尺上的读数x2_ mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是_ mm。图5210解析：由游标卡尺读数规则读出x10.3 mm，x29.6 mm。x mm。 mm6.2104 mm。答案：0.39.66.21046用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d0.25 mm，双缝到毛玻璃屏间距离L的大小由图5211中的毫米刻度尺读出(如图戊所示)，实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划线对准靠近最左边的
