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.doc

13.4实验：用双缝干涉实验测光的波长教学目标1知识目标：知道波长是光的重要参数通过实验，学会运用光的干涉测定光的波长更进一步理解光产生干涉的条件及探究干涉条纹的间距与哪些因素有关认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，培养学生独立完成实验的能力。2能力目标：学会为达到实验目的而设计各种实验元件，培养学生的创造性思维和实践能力；学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。3情感目标：通过本节课，培养学生的科学研究态度，体验探索科学的艰辛与喜悦。重点与难点 经历科学探究过程，自己设计实验、完成实验并测定光的波长。教学过程1实验装置的介绍双缝干涉仪。它由各部分光学元件在光具座上组成。如图1所示。光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏图1 双缝干涉仪2观察双缝干涉图样探究干涉条纹的间距与哪些因素有关光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到。 把直径约10cm、长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，在筒的观察端装上测量头。取下双缝，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的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。单缝和双缝间的距离约为5cm10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样（如图2）。图2 白光的双缝干涉图样在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色光的双缝干涉图样（如图3）。图3 单色光的双缝干涉图样单色光的双缝干涉图样：明暗相间、等距分布。xx屏幕s1s2双缝ld 图4 实验示意图3 猜测：相邻的两条明（暗）条纹的间距x与哪些因素有关?4设计实验方案，探究。分组实验，分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化。 l、d不变，研究x与的关系用不同的单色光进行实验 d、不变，研究x与l的关系比较有否安装接长管 l、不变，只改变双缝距离d 只改变双缝距离d6实验结论： l、d不变，研究x与的关系红光的最大，条纹间距最大。 d、不变，研究x与l的关系屏与缝之间的距离l越大，条纹间距越大 l、不变，只改变双缝距离dd越小，条纹间距越大7理论研究得到：8根据测定单色光的波长双缝间的距离是已知的，双缝到屏的距离可以用米尺测出，相邻两条亮（暗）纹间的距离用测量头（如图5）测出。图6 图5 测量头测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会左右移动。安装测量头时，要卸下观察筒，换上测量头。调节目镜，在视场中出现清晰的干涉条纹及分划板上的刻线。测量时，转动测量头，使分划板中心刻线平行于干涉条纹并对齐条纹的中心（如图6），记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。测出条亮（暗）纹间的距离，就可以求出相邻两条亮（暗）纹间的距离。根据公式可计算出光的波长。换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离有什么变化，并根据公式可计算出相应的波长。例1如图13-3-4所示是实验装置示意图，甲图是用绿光进行实验的，光屏上观察到的条纹情况，a为中央明纹；乙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，则下列说法正确的是( )图13-3-4a.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长b.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长c.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短d.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短解析：在同一实验装置下，l、d相同，由x=可知，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间的距离x与成正比.由题意知乙中b大于甲中a，所以乙图所用光的波长要长，而对于可见光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，波长依次变短，由此可知可能是红光而不是紫光.a选项正确.答案：a方法归纳 明确条纹间距公式x=中各物理量的意义，通过实验观察和理论总结理解条纹间距与波长成正比关系，是解决本题的关键.例2如图13-3-5所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.图13-3-5（1）图中是光源，是光屏，它们之间的依次是、和.（2）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（ ）a.增大和之间的距离b.增大和之间的距离c.将红色滤光片改为绿色滤光片d.增大双缝之间的距离解析：在光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头.由x=可知，相邻两条纹间距离与双缝间的距离成反比，应减小双缝之间的距离，d选项错，增大双缝到屏之间的距离，b选项正确，增大光的波长，c选项错误.答案：（1）滤光片 单缝 双缝 （2）b方法归纳 掌握光的干涉测波长的实验原理，熟悉实验步骤，正确运用公式计算光的波长.例3在用单色光做双缝干涉实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（ ）a.第三级暗纹到两缝距离差为波长的1.5倍b.第三级亮纹到两缝距离差为波长的1.5倍c.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍d.第三级亮纹到两缝距离差为波长的3倍解析：根据出现明暗条纹的条件：当|s2p-s1p|=n时，在屏上p点出现亮条纹.n=0时，在屏中央出现第零级亮纹，n=1时，在屏上出现第一级亮纹.以此类推，|s2p-s1p|=(2n-1)在屏上出现暗条纹.n=1时，在屏上出现第一级暗纹，n=2时，在屏上出现第二级暗纹.以此类推，根据以上所述，答案应选d.答案：d误区警示 本题只需掌握出现明、暗条纹的条件及出现第几级明（暗）纹时，n就是几.易错点是切不可把|s2p-s1p|=(2n-1)记作|s2p-s1p|=(2n+1).例4用单色光照射双缝，双缝间距等于0.06 cm，缝到屏的距离为1.5 m，若测得屏上7条亮条纹之间共相距9.0 mm，则此单色光的波长是多少？解析：先通过已知条件得出两个相邻条纹间距x，然后利用公式=x进行计算.答案：两个相邻条纹间距x=9.0 mm/（7-1）=9.0 mm/6=1.510-3 m用x=1.510-3 m及双缝间距d=0.06 cm=610-4 m，缝到屏的距离l=1.5 m代入=x可得：=610-7 m.课堂练习： 1图524为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以()图524a将光屏移近双缝b更换滤光片，改用波长更长的单色光c增大双缝的间距d将光源向双缝移动一小段距离解析由x可知，要使干涉条纹的间距变大，可增大l和，或减小d，选项b正确答案b2在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d.(1)若测定绿光的波长，应选用_色的滤光片实验时需要测定的物理量有_和_(2)已知双缝到光屏之间的距离l500 mm，双缝之间的距离d0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准a条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准b条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图525所示则入射光的波长_ m(结果保留两位有效数字)图525(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有_a改用波长较长的光(如红光)作为入射光b增大双缝到屏的距离c增大双缝到单缝的距离d增大双缝间距解析(1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片由x可知要想测入必须测定双缝到屏的距离l和相邻亮(暗)条纹间距x.(2)游标卡尺读数精确度为0.1 mm，a位置主尺读数为11 mm，游标尺读数为1，读数为x111 mm10.1 mm11.1 mm，同理b位置读数为x215.6 mm，则条纹间距x0.64 mm.利用x6.4107 m.(3)由x可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离，故选项ab正确答案(1)绿双缝到屏的距离相邻亮(暗)条纹间距(2)6.4107(3)ab3在双缝干涉实验中(实验装置如图526所示)：图526下列说法正确的是()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，可用测微目镜测出第1条亮条纹与第n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距xd单缝、双缝和滤光片缺一不可，否则屏上不会出现干涉图样解析在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的形状来判定光束是否沿遮光筒的轴线传播，故a错误因条纹宽度是指相邻亮纹中心或相邻暗纹中心之间的距离，故b正确微小量累积法可有效减小测量中的偶然误差，但相邻两条亮条纹间距应为x，选项c错误；在该实验中，若没有滤光片，在屏上会得到白光的干涉图样，即彩色条纹，选项d错误答案b作业：1在双缝干涉实验中()a入射光波长越长，干涉条纹间距越大b入射光波长越长，干涉条纹间距越小c把入射光由绿光变为紫光，干涉条纹间距变大d把入射光由绿光变为红光，干涉条纹间距变小解析由x得，双缝干涉条纹宽度与波长成正比，绿光比紫光的波长大，红光比绿光的波长大，故a正确答案a2在双缝干涉实验中，以下说法正确的是()a双缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源b若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹c像屏上某点到双缝的路程差为入射光波长的1.5 倍时，该点处一定是亮条纹d双缝干涉中相邻亮条纹之间的距离与相邻暗条纹之间的距离不相等解析分光法获得相干光，所以a正确；白光的干涉条纹是彩色的，不是黑白相间的，b错；像屏上某点到双缝的路程差为波长的1.5 倍时，该处应是暗条纹，c错；相邻亮条纹间距等于相邻暗条纹间距，d错答案a3在利用测量头测量条纹宽度时，最好应使分划板中心刻线()a与亮条纹的边缘线对齐b与暗条纹的边缘线对齐c与亮条纹的中心位置对齐d与暗条纹的中心位置对齐答案c4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的间距，该同学可以采用的方法有(已知红黄蓝)()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根据x，要增大条纹间距x，将l、增大或将d减小均可以，红光比黄光波长大，故a选项正确；而蓝光比黄光波长小，故b选项错误；增大双缝到屏的距离l，则x增大，故c选项正确；增大双缝间距d，则x变小，故d选项错误答案ac5利用图527中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法：图527a将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄b将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽c将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽d换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄e去掉滤光片后，干涉现象消失其中正确的是_