高二物理《用雙縫干涉測量光的波長》優(yōu)秀教案
【教學目標】
(一)知識與技能
1.掌握明條紋(或暗條紋)間距的計算公式及推導過程。
2.觀察雙縫干涉圖樣，掌握實驗方法。
(二)過程與方法
培養(yǎng)學生的動手能力和分析處理故障的能力。
(三)情感、態(tài)度與價值觀
體會用宏觀量測量微觀量的方法，對學生進行物理方法的教育。
【教學重點】
雙縫干涉測量光的波長的實驗原理及實驗操作。
【教學難點】
L、d、的準確測量。
【教學方法】
復習提問，理論推導，實驗探究
【教學用具】
雙縫干涉儀、光具座、光源、學生電源、導線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺
【教學過程】
(一)引入新課
師：在雙縫干涉現(xiàn)象中，明暗條紋出現(xiàn)的位置有何規(guī)律?
生：當屏上某點到兩個狹縫的路程差=2n ，n=0、1、2時，出現(xiàn)明紋;當=(2n+1) ，n=0、1、2時，出現(xiàn)暗紋。
師：那么條紋間距與波長之間有沒有關(guān)系呢?下面我們就來推導一下。
(二)進行新課
1.實驗原理
師：[投影下圖及下列說明]
設(shè)兩縫S1、S2間距離為d，它們所在平面到屏面的距離為l，且ld，O是S1S2的中垂線與屏的交點，O到S1、S2距離相等。
推導：(教師板演，學生表達)
由圖可知S1P=r1
師：r1與x間關(guān)系如何?
生：r12=l2+(x- )2
師：r2呢?
生：r22=l2+(x+ )2
師：路程差|r1-r2|呢?(大部分學生沉默，因為兩根式之差不能進行深入運算)
師：我們可不可以試試平方差?
r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx
由于ld，且lx，所以r1+r22l，這樣就好辦了，r2-r1=r= x
師：請大家別忘了我們的任務(wù)是尋找x與的關(guān)系。r與波長有聯(lián)系嗎?
生：有。
師：好，當r=2n ，n=0、1、2時，出現(xiàn)亮紋。
即 x=2n 時出現(xiàn)亮紋，或?qū)懗蓌=
第n條和第(n-1)條(相鄰)亮紋間距離x為多少呢?
生：x=xn-xn-1
=[n-(n-1)]
師：也就是x=
我們成功了!大家能用語言表述一下條紋間距與波長的關(guān)系嗎?
生：成正比。
師：對，不過大家別忘了這里l、d要一定。暗紋間距大家說怎么算?
生：一樣。
師：結(jié)果如何?
生：一樣。
師：有了相鄰兩個亮條紋間距公式x= ，我們就可以用雙縫干涉實驗來測量光的波長了。
2.觀察雙縫干涉圖樣
(教師指導學生按步驟進行觀察，也可引導學生先設(shè)計好步驟，分析研究后再進行，教師可將實驗步驟投影)
步驟：(1)按課本圖13.3-2，將光源、單縫、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
(2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光;
(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏;
(4)安裝單縫和雙縫，使雙縫與單縫平行，二者間距約5~10 cm.;
(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。
(6)那走濾光片，觀察白光的干涉條紋。
(教師指導學生分別觀察紅色、紫色等不同顏色的單色光的干涉圖樣，比較不同色光干涉條紋寬度，與課本第59頁彩圖13.3-3對照，得出結(jié)論：紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條紋間距(注意其他條件相同，進行實驗)。對于同種色光，改變雙縫間距d，得出結(jié)論：雙縫間距d越小，條紋間距越大。觀察線狀白熾燈的干涉條紋，與課本60頁圖彩圖對比，得出結(jié)論：白光的干涉條紋是彩色的。)
3.測定單色光的波長
(教師指導學生按步驟進行測量，也可引導學生先設(shè)計好步驟，分析研究后再進行，教師可將實驗步驟投影)
步驟：(1)安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋;
(2)使分劃板中心刻線對齊某條(記為第1條)亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動，當中心刻線與第n條亮紋中央對齊，記下移動的條紋數(shù)n和移動后手輪的讀數(shù)a2，則相鄰兩條紋間的距離 。
(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間距離L;
(4)用游標卡尺測量雙縫間距d(這一步也可省去，d在雙縫玻璃上已標出);
(5)重復測量、計算，求出波長的平均值;
(6)換用不同濾光片，重復實驗。
說明：實驗過程中教師要注意指導：
(1)雙縫干涉儀是比較精密的實驗儀器，實驗前教師要指導學生輕拿輕放，不要隨便拆分遮光筒，測量頭等元件，學生若有探索的興趣應(yīng)在教師指導下進行。
(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等會粘附灰塵，要指導學生用擦鏡紙輕輕擦拭，不用其他物品擦拭或口吹氣除塵。
(3)指導安裝時，要求學生注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且豎直，引導學生分析理由。
(4)光源使用線狀長絲燈泡，調(diào)節(jié)時使之與單縫平行且靠近。
(5)實驗中會出現(xiàn)像屏上的光很弱的情況.主要是燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致;干涉條紋的清晰與否與單縫和雙縫是否平行很有關(guān)系.因此(3)(4)兩步要求應(yīng)在學生實驗中引導他們分析，培養(yǎng)分析問題的能力。
(6)實驗過程中學生還會遇到各種類似故障，教師要鼓勵他們分析查找原因。
(三)課堂總結(jié)、點評
通過今天的學習，我們掌握了干涉條紋的間距與光的波長之間的定量關(guān)系，即x= ，并利用上式測量了光的波長。該實驗為我們提供了一種用宏觀量測量微觀量的方法。
(四)課余作業(yè)
完成P60問題與練習的題目。
附：課后訓練
1.在做雙縫干涉實驗時，用普通的白光做光源，若在雙縫處把一縫用紅色玻璃擋住，另一縫用綠色玻璃擋住，則屏上會出現(xiàn) ( )
A.紅色干涉條紋 B.綠色干涉條紋
C.紅綠相間的干涉條紋 D.無干涉條紋，但有亮光
答案：D
2.在楊氏雙縫干涉實驗中，保持雙縫到屏的距離不變，調(diào)節(jié)雙縫間距離，當距離增大時，干涉條紋距離將變________，當距離減小時，干涉條紋間距將變________.
答案：小，大
3.用單色光做雙縫干涉實驗時，測得雙縫間距離為0.4 mm，雙縫到屏的`距離為1 m，干涉條紋間距為1.5 mm，求所用光波的波長。
答案：610-7 m
4.光纖通信是70年代以后發(fā)展起來的新興技術(shù)，世界上許多國家都在積極研究和發(fā)展這種技術(shù)。發(fā)射導彈時，可在導彈后面連一根細如蛛絲的光纖，就像放風箏一樣，這種纖細的光纖在導彈和發(fā)射裝置之間，起著雙向傳輸信號的作用，光纖制導的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85 m的單色光。而上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長為1.06 m的單色光，這樣操縱系統(tǒng)通過這根光纖向?qū)棸l(fā)出控制指令，導彈就如同長眼睛一樣盯住目標。根據(jù)以上信息，回答下列問題：
(1)在光纖制導中，上行光信號在真空中波長是多少?
(2)為什么上行光信號和下行光信號要采用兩種不同頻率的光?(已知光纖纖芯的折射率為1.47)
答案：(1)157 m，(2)如果上行光信號和下行光信號頻率相同，會發(fā)生干涉現(xiàn)象。相互間產(chǎn)生干擾。
5.在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，這時 ( )
A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失
B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在
C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但在屏上仍有光亮
D.屏上無任何光亮
解析：題目中給出的條件是：以白光為光源時，在屏幕上得到了彩色的干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，那么，從雙縫射出的則是頻率不同的紅色光和綠色光，所以不可能產(chǎn)生干涉條紋，故A、D錯;而其他顏色的光不可能透過濾光片，故B亦錯.雖然不能產(chǎn)生干涉條紋，但仍有光照在屏上，故C對。
答案：C
6.用單色光做雙縫干涉實驗，下列說法正確的是
A.相鄰干涉條紋之間距離相等
B.中央明條紋寬度是兩邊明紋寬度的兩倍
C.屏與雙縫之間距離減小，則屏上條紋間的距離增大
D.在實驗裝置不變的情況下，紅光的條紋間距小于藍光的條紋間距
解析：因為雙縫干涉的條紋寬x= ，可見條紋寬應(yīng)是相等的，A正確，BC錯，又因為 紅 藍，所以x紅x藍，故D錯.
答案：A
7.如圖所示，用波長為 的單色光做雙縫干涉實驗時，設(shè)兩個狹縫S1、S2到屏上某點P的路程差為d，則
A.距O點最近的一條暗紋必是d= /2
B.對屏上某點d=n /2(n為正整數(shù))時，出現(xiàn)暗紋
C.距O點越遠的點d越長，就越容易出現(xiàn)暗條紋
D.用各色光在同一條件下實驗，波長越短的色光條紋間距越小
解析：當路程差d=n 時出現(xiàn)亮條紋，路程差d=(2n+1) /2時出現(xiàn)暗條紋，可見，當n=0時，d= /2，所以A正確。由x=l /d(式中d為兩狹縫間的距離)得，頻率越大的色光，其波長越短，干涉條紋之間的距離越小，故D正確。
答案：AD
8.在利用雙縫干涉測定光波波長時，首先調(diào)節(jié)________和________的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直并且互相平行.當屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測量頭上的游標卡尺測出n條明紋間距離a，則兩條相鄰明條紋間的距離x=________，雙縫到毛玻璃屏的距離L用________測量，用公式________可以測出單色光的波長。
答案：光源、濾光片、單縫、雙縫 ，毫米刻度尺x=
9.用紅光做光的干涉實驗時，已知雙縫間的距離為0.210-3 m，測得雙縫到屏的距離為0.700 m，分劃板中心刻線對齊第一級亮條紋中央時手輪讀數(shù)為0.20010-3 m，第四級亮條紋所在位置為7.47010-3 m，求紅光的波長.若改用藍光做實驗，其他條件不變，則干涉條紋寬度如何變化?
答案：6.92210-7 m，變窄
【總結(jié)】2013年物理網(wǎng)為小編在此為您收集了此文章高二物理教案：用雙縫干涉測量光的波長，今后還會發(fā)布更多更好的文章希望對大家有所幫助，祝您在物理網(wǎng)學習愉快!
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