高二物理《用双缝干涉测量光的波长》优秀教案
【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
师：在双缝干涉现象中，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=2n ，n=0、1、2时，出现明纹;当=(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：[投影下图及下列说明]
设两缝S1、S2间距离为d，它们所在平面到屏面的距离为l，且ld，O是S1S2的中垂线与屏的交点，O到S1、S2距离相等。
推导：(教师板演，学生表达)
由图可知S1P=r1
师：r1与x间关系如何?
生：r12=l2+(x- )2
师：r2呢?
生：r22=l2+(x+ )2
师：路程差|r1-r2|呢?(大部分学生沉默，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?
r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx
由于ld，且lx，所以r1+r22l，这样就好办了，r2-r1=r= x
师：请大家别忘了我们的任务是寻找x与的关系。r与波长有联系吗?
生：有。
师：好，当r=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x为多少呢?
生：x=xn-xn-1
=[n-(n-1)]
师：也就是x=
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x= ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。
2.观察双缝干涉图样
(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13.3-2，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，打开开关，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，观察单色光的干涉条纹。
(6)那走滤光片，观察白光的干涉条纹。
(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涉图样，比较不同色光干涉条纹宽度，与课本第59页彩图13.3-3对照，得出结论：红光干涉条纹间距大于紫光干涉条纹间距(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涉条纹，与课本60页图彩图对比，得出结论：白光的干涉条纹是彩色的。)
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涉条纹;
(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a1，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a2，则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)双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，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，学生若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;干涉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。
(三)课堂总结、点评
通过今天的学习，我们掌握了干涉条纹的间距与光的波长之间的定量关系，即x= ，并利用上式测量了光的波长。该实验为我们提供了一种用宏观量测量微观量的方法。
(四)课余作业
完成P60问题与练习的题目。
附：课后训练
1.在做双缝干涉实验时，用普通的白光做光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现 ( )
A.红色干涉条纹 B.绿色干涉条纹
C.红绿相间的干涉条纹 D.无干涉条纹，但有亮光
答案：D
2.在杨氏双缝干涉实验中，保持双缝到屏的距离不变，调节双缝间距离，当距离增大时，干涉条纹距离将变________，当距离减小时，干涉条纹间距将变________.
答案：小，大
3.用单色光做双缝干涉实验时，测得双缝间距离为0.4 mm，双缝到屏的`距离为1 m，干涉条纹间距为1.5 mm，求所用光波的波长。
答案：610-7 m
4.光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用，光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 m的单色光。而上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 m的单色光，这样操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长眼睛一样盯住目标。根据以上信息，回答下列问题：
(1)在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少?
(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光?(已知光纤纤芯的折射率为1.47)
答案：(1)157 m，(2)如果上行光信号和下行光信号频率相同，会发生干涉现象。相互间产生干扰。
5.在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若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涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，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涉条纹。若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，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错;而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错.虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。
答案：C
6.用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是
A.相邻干涉条纹之间距离相等
B.中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍
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：因为双缝干涉的条纹宽x= ，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为 红 蓝，所以x红x蓝，故D错.
答案：A
7.如图所示，用波长为 的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d，则
A.距O点最近的一条暗纹必是d= /2
B.对屏上某点d=n /2(n为正整数)时，出现暗纹
C.距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹
D.用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小
解析：当路程差d=n 时出现亮条纹，路程差d=(2n+1) /2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d= /2，所以A正确。由x=l /d(式中d为两狭缝间的距离)得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确。
答案：AD
8.在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离x=________，双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量，用公式________可以测出单色光的波长。
答案：光源、滤光片、单缝、双缝 ，毫米刻度尺x=
9.用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.210-3 m，测得双缝到屏的距离为0.700 m，分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.20010-3 m，第四级亮条纹所在位置为7.47010-3 m，求红光的波长.若改用蓝光做实验，其他条件不变，则干涉条纹宽度如何变化?
答案：6.92210-7 m，变窄
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