人教版选修34 实验：用双缝干涉测量光的波长 第1课时 教案.docx

13.4实验：用双缝干涉测定光波波长【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，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。一、实验目的1.了解光波产生稳定的干涉现象的条件2.观察白光及单色光的双缝干涉图样3.学会测波长的一种方法二、实验原理1.光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面的空间互相叠加会发生干涉现象。如果用单色光照射，在屏上会得到明暗相间的条纹；如果用白光射，可在屏上观察到彩色条纹。2.本实验要测单色光的波长，单色光通过双缝干涉后产生明暗相同的等间距直条纹，条纹的间距与相干光源的波长有关。设双缝宽d，双缝到屏的距离为l，相干光源的波长为，则产生干涉图样中相邻两条亮（或暗）条纹之间的距离x，由此得；=lx /d，因此只要测得d,l,x即可测得波长。相干光源的产生用“一分为二”的方法,用单缝取单色光，再通过双缝，单色光由滤光片获得。x的测量可用测量头完成，测量头由目镜，划板，手轮等构成，通过测量头可清晰看到干涉条纹，分划板上中间有刻线，以此为标准，并根据手轮的读数可求得x，由于x较小，可测出几条亮（或暗）条纹的间距a，则相邻两条闻之间的距离x=a/n三、实验器材双缝干涉试验仪，光具座（连附件），四、实验探究与过程1.把长约1m，直径10cm的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有毛玻璃（当光屏用），把另一端的双缝先取下。2.接通电源，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒八光屏照亮后，固定光源。3.把双缝装到遮光筒的另一端，再在双缝与光源之间放单缝，使单缝与双缝之间的距离为10cm，并让单缝与双缝平行，而且使他们的中心位于遮光筒的轴线上。4.调节单缝与双缝之间的距离，使屏上成清晰的彩色干涉图样。5.再在光源和单缝之间装上滤光片，在屏上就能出现条纹间距相等的明暗相同的单色条纹。6.改变滤光片颜色，在屏上能出现：条纹间距相等的明暗相同的单色条纹但与步骤5中的间距不同。7.用刻度尺测出双缝到光屏的距离l.8.转动测量头手轮，使分划板中心刻线与干涉条纹中某一条亮（或暗）条纹平行，并对齐该条的中心。记下此时手轮上的读数x1。9.再转动手轮，使分划板中心刻线平移几个亮（或暗）条纹的距离后，记下此时手轮上的读数x2。10.把上述数据代入公式=lx /d，即可算出单色光的波长。11.换用其他颜色的滤光片重复步骤8、9、10，即可算出不同单色光的波长。12.断开电键，整理仪器。五、记录实验数据dlx12六、得到实验结论=lx /d七、典例分析：典例1在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)：(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，其示数为_mm。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；根据实验操作原理，可知选项b、c正确。(2)示数为1.5 mm47.00.01 mm1.970 mm。答案(1)a(2)1.970典例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，如图所示，并选用缝间距d0.20 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。(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图甲(a)所示，图甲(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图甲(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乙(a)所示，此时图乙(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纹(或暗纹)间的距离x_ mm；这种色光的波长_ mm。解析(1)由题图乙(b)可知x215.02 mm；(2)由题图甲、乙可知，两位置之间的亮条纹数为6，所以条纹间距x2.31 mm；又因x，所以6.6104 mm。答案(1)15.02(2)2.316.6104课堂练习：1用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是()a相邻干涉条纹之间的距离相等b中央亮条纹宽度是两边亮条纹宽度的2倍c屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大d在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距解析：选a因为相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离x，其中d为双缝间距离，l为双缝到屏的距离，为光波波长。对于同一单色光，干涉条纹间距相等，a正确，c错误；因为红蓝，所以x红x蓝，故d错误；干涉条纹的各亮条纹的间距相等，故b错误。2在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm。某同学正确操作后，在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹。换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的_(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm。沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是_ mm，紫光的波长等于_nm。解析：题图甲为红光的干涉条纹，换成紫光，光的波长变短，根据公式x可知，干涉条纹间距变小，故d正确；游标卡尺的主尺读数为19 mm，游标尺为80.05 mm0.40 mm，所以读数为19.40 mm；由公式x可得波长为，其中x mm，带入数据得波长为420 nm。答案：d19.4042031801年，托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃德利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃德镜实验)。(1)洛埃德镜实验的基本装置如图所示，s为单色光源，m为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出s经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。(2)设光源s到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和l，光的波长为，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距离x的表达式。解析：(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出s在镜中的像，画出边缘光线，范围如图所示。此范围即为相交区域。(2)由杨氏双缝干涉实验中干涉条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系式x，又因为d2a，所以x。答案：(1)见解析图(2)x4.如图所示为“双棱镜干涉”实验装置，其中s为单色光光源，a为一个顶角略小于180的等腰三角形棱镜，p为光屏。s位于棱镜对称轴上，屏与棱镜底边平行。调节光路，可在屏上观察到干涉条纹。这是由于光源s发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时，两个分别位于图中s1和s2相干光源所发出的光的叠加(s1和s2的连线与棱镜底边平行)。已知s1和s2的位置可由其他实验方法确定，类比“双缝干涉测波长”的实验，可以推测出若要利用“双棱镜干涉”测量光源s发出的单色光的波长时，需要测量的是什么？解析由x知，若要测单色光波长，则需要测出s1与s2间的距离d，s1或s2到光屏的距离l，干涉条纹间距x。答案s1与s2间的距离，s1或s2与光屏间的距离，干涉条纹间距八、布置作业1(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按要求安装好实验装置后，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是因为()a光源发出的光束太强b单缝与双缝不平行c没有安装滤光片d光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大解析：选bd安装双缝干涉仪要做到：光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝、双缝要处在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，光源发出的光束不能太暗。综上所述，应选b、d。2用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说法中正确的有()a如果增大单缝到双缝间的距离，x将增大b如果增大双缝之间的距离，x将增大c如果增大双缝到光屏之间的距离，x将增大d如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，x将增大解析：选c由公式x可知，当两缝间的距离增大时，条纹间距将减小；增大双缝到屏之间的距离，条纹间距将增大。而a、d两个选项的变化不会引起条纹间距的变化。只有c正确。3在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两亮条纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为()a2.06107 mb2.06104 mc1.68104 m d1.68103 m解析：选c根据双缝干涉图样的相邻两亮条纹间距公式x，可得：d m1.68104 m，选项c正确，a、b、d错误。4.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图(甲)所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图(乙)所示。他改变的实验条件可能是()a减小光源到单缝的距离b减小双缝之间的距离c减小双缝到光屏之间的距离d换用频率更高的单色光源解析：选b根据条纹间距公式x可知，若增大条纹间距，可以采取的措施有：换用波长更长、频率更低的单色光源，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离l，故选项b正确。5用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：a白炽灯b单缝c光屏d双缝e滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：a_(a已写好)。(2)正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测微目镜测出10条红亮条纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测微目镜测出10条绿亮条纹间的距离为b，则一定有_大于_。解析：双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，或把它们全部倒过来，因本题第一项已给填好，故答案是唯一的。由x知，波长越长，条纹越宽，间距越大，或由干涉条纹的特征均可得出a一定大于b。答案：(1)ebdc(2)ab6在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按如图所示的方法，让激光束通过自制的双缝。(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距_(选填“越大”或“越小”)。(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距_(选填“越大”或“越小”)。(3)在双缝间的距离和双缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时_(选填“大”或“小”)。已知红蓝解析：由条纹间距公式x(其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的垂直距离，为光的波长)可知，d越小，、l越大，x越大，反之，x越小。答案：(1)越大(2)越大(3)小7在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如图所示，双缝间的距离d3 mm。