高二物理人教版选修35实验：用双缝干涉测量光的波长

实验：用双缝干预测量光的波长 重/难点 重点：双缝干预测量光的波长的实验原理及实验操作。 难点：、L、d、λ的准确测量。 重/难点分析 重点分析：推导出相邻两个亮条纹间距公式 ,我们就可以用双缝干预实验来测量光的波长了。 难点分析：学生在测量、L、d、λ的值的过程中总会出现这样或那样的错误 ,包括螺旋测微器等仪器的使用 ,也包括计算 ,教师要引导学生总结经验 ,熟练掌握测量和分析计算等技巧。 突破策略 〔一〕引入新课 师：在双缝干预现象中 ,明暗条纹出现的位置有何规律？ 生：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n· ,n=0、1、2…时 ,出现明纹；当Δ=〔2n+1〕 ,n=0、1、2…时 ,出现暗纹。 师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就来推导一下。 〔二〕进行新课 1．实验原理 师：［投影以下图及以下说明］ 设两缝间距离为d ,它们所在平面到屏面的距离为l ,且l>>d ,O是的中垂线与屏的交点 ,O到距离相等。 推导：〔教师板演 ,学生表达〕 由图可知 师：与x间关系如何？ 生： 师：呢？ 生： 师：路程差呢？〔大局部学生沉默 ,因为两根式之差不能进行深入运算〕 师：我们可不可以试试平方差？ 由于l>>d ,且l>>x ,所以 师：请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系。Δr与波长有联系吗？ 生：有。 师：好 ,当Δr=2n· ,n=0、1、2…时 ,出现亮纹。 即·x=2n·时出现亮纹 ,或写成x= 第n条和第〔n-1〕条〔相邻〕亮纹间距离Δx为多少呢？ 生： 师：也就是 我们成功了！大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗？ 生：成正比。 师：对 ,不过大家别忘了这里l、d要一定。暗纹间距大家说怎么算？ 生：一样。 师：结果如何？ 生：一样。 师：有了相邻两个亮条纹间距公式 ,我们就可以用双缝干预实验来测量光的波长了。 2．观察双缝干预图样 〔教师指导学生按步骤进行观察 ,也可引导学生先设计好步骤 ,分析研究后再进行 ,教师可将实验步骤投影〕 步骤：〔1〕按课本图 ,将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 〔2〕接好光源 ,翻开开关 ,使灯丝正常发光； 〔3〕调节各器件的高度 ,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏； 〔4〕安装单缝和双缝 ,使双缝与单缝平行 ,二者间距约5~10 cm.； 〔5〕在单缝和光源间放上滤光片 ,观察单色光的干预条纹。 〔6〕拿走滤光片 ,观察白光的干预条纹。 〔教师指导学生分别观察红色、紫色等不同颜色的单色光的干预图样 ,比拟不同色光干预条纹宽度 ,与课本第彩图对照 ,得出结论：红光干预条纹间距大于紫光干预条纹间距〔注意其他条件相同 ,进行实验〕。对于同种色光 ,改变双缝间距d ,得出结论：双缝间距d越小 ,条纹间距越大。观察线状白炽灯的干预条纹 ,与课本图彩图比照 ,得出结论：白光的干预条纹是彩色的。〕 3．测定单色光的波长 〔教师指导学生按步骤进行测量 ,也可引导学生先设计好步骤 ,分析研究后再进行 ,教师可将实验步骤投影〕 步骤：〔1〕安装测量头 ,调节至可清晰观察到干预条纹； 〔2〕使分划板中心刻线对齐某条〔记为第1条〕亮条纹的中央 ,记下手轮上的读数 ,转动手轮 ,使分划板中心刻线移动 ,当中心刻线与第n条亮纹中央对齐 ,记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数 ,那么相邻两条纹间的距离。 〔3〕用刻度尺测量双缝到光屏间距离L； 〔4〕用游标卡尺测量双缝间距d〔这一步也可省去 ,d在双缝玻璃上已标出〕； 〔5〕重复测量、计算 ,求出波长的平均值； 〔6〕换用不同滤光片 ,重复实验。 说明：实验过程中教师要注意指导： 〔1〕双缝干预仪是比拟精密的实验仪器 ,实验前教师要指导学生轻拿轻放 ,不要随便拆分遮光筒 ,测量头等元件 ,学生假设有探索的兴趣应在教师指导下进行。 〔2〕滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘 ,要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭 ,不用其他物品擦拭或口吹气除尘。 〔3〕指导安装时 ,要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上 ,并使单缝、双缝平行且竖直 ,引导学生分析理由。 〔4〕光源使用线状长丝灯泡 ,调节时使之与单缝平行且靠近。 〔5〕实验中会出现像屏上的光很弱的情况。主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干预条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系。因此〔3〕〔4〕两步要求应在学生实验中引导他们分析 ,培养分析问题的能力。 〔6〕实验过程中学生还会遇到各种类似“故障〞 ,教师要鼓励他们分析查找原因。 例1．在双缝干预实验中 ,以白光为光源 ,在屏幕上观察到了彩色干预条纹。假设在双缝中的一缝前放一红色滤光片〔只能透过红光〕 ,另一缝前放一绿色滤光片〔只能透过绿光〕 ,这时 〔 〕 A．只有红色和绿色的双缝干预条纹 ,其他颜色的双缝干预条纹消失 B．红色和绿色的双缝干预条纹消失 ,其他颜色的双缝干预条纹依然存在 C．任何颜色的双缝干预条纹都不存在 ,但在屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮 解析：题目中给出的条件是：以白光为光源时 ,在屏幕上得到了彩色的干预条纹。假设在双缝中的一缝前放一红色滤光片〔只能透过红光〕 ,另一缝前放一绿色滤光片〔只能透过绿光〕 ,那么 ,从双缝射出的那么是频率不同的红色光和绿色光 ,所以不可能产生干预条纹 ,故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片 ,故B亦错。虽然不能产生干预条纹 ,但仍有光照在屏上 ,故C对。 突破反思 本堂课主要利用光的干预现象测量光的波长。通过本实验 ,我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干预现象的条件 ,观察白光及单色光的干预图样 ,并测定单色光的波长。学生在实验中 ,通过了解每个实验元件的作用 ,学会科学设计实验仪器和实验方案的思维方法；同时培养学生的实践能力、自学能力 ,培养学生的科学态度 ,让学生体验探究科学的艰辛与喜悦。 5 / 55 / 55 / 5