《实验：用双缝干涉测光的波长》教学案4

龙源期刊网

“用双缝干涉测光的波长”实验探究

作者：钱呈祥

来源：《物理教学探讨》2006年第21期

1问题的提出

2006年高考理综第22题考查了学生实验“用双缝干涉测光的波长”，内容为：(1)利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：

A．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.换一个两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：__________。

现行人教版高中物理课本只是对双缝干涉作了简单分析，然后结合插页图给出两个定量结论：第一，在双缝干涉现象里，明条纹或暗条纹之间的距离，总是相等的。第二，条纹的间距跟光波的波长成正比。根据这两个结论，只能确定选项B是正确，似乎只有动手做过该学生实验的同学才能把A、B、D三个正确选项全部选出来。其实情况并非如此，使用过以前的教材版本的老师，一般都会在新授课给出公式Δx=Ldλ，据此条纹间距的公式，即使没有做过该学生实验，也能轻松选出A、B、D三个正确选项。可见，实验笔试考查学生的动手操作能力还是很困难的。而仅仅依靠记忆的各种公式来解决问题，往往缺乏对问题实质性的理解。

2双缝干涉实验

2.1实验条件的获得 龙源期刊网

“双缝干涉”是光的波动说的最重要实验之一，具有里程碑的意义。要使两列光产生干涉，其充分条件是：①两束光的频率相同；②在相遇点的振动方向几乎沿同一直线；③在观察时间内，在相遇点的两振动的相位差保持不变。由于相干光源难以获得，双缝干涉现象的发现几乎拖延了一个世纪的时间。姗姗来迟的杨氏双缝实验装置的绝妙之处是“从线光源S发生的单色光同时传到双缝S1，S2，这两光源不仅满足相干光的条件，而且相位总是相等的。”

实验用双缝干涉测光的波长

●教学目标

一、知识目标

1.复习巩固双缝干涉实验原理.

2.观察双缝干涉图样，掌握实验方法.

3.测定单色光的波长.

二、能力目标

培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力.

三、德育目标

1.培养工作中的合作精神.

2.耐心细致的实验态度.

●教学重点

L、d、λ的准确测量.

●教学难点

“故障”分析及排除.

●教学方法

1.通过复习弄清测量原理.

2.学生动手实验，观察图样测定波长.

●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.

●课时安排

1课时

●教学过程

一、复习基础知识

如图20—29所示，灯丝发出的光，经过滤片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一单色光源，衍射光波同时达到双缝S1和S2之后，再次发生衍射，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，通过S1、S2后的单色光在屏上相遇并叠加，当路程差P1S2-P1S1=kλ(k=0、1、2…)时，在P1点叠加时得到明条纹，当路程差P2S2-P2S1=（2k+1）·2 (k=0、1、2…)时，在P2点叠加时得到暗条纹.相邻两条明条纹间距Δx,与入射光波长λ，双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离L有关，其关系式为：Δx=dLλ，只要测出L，d,Δx，根据这一关系就可求出光波波长λ.

图20—29 若不加滤光片，通过双缝的光源将是白光，因干涉条纹间距（条纹宽度）与波长成正比，因此在亮纹处，各种颜色的光宽度不同，叠加时不能完全重合，从而呈现彩色条纹.

二、测量方法

两条相邻明（暗）条纹间的距离Δx1用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成，（课本图实—3），转动手轮，分划板会左、右移动.测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（课本图实—4），记下此时手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数a2，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离，即Δx=|a1-a2|.

泄露天机　

痕迹？　（２）下而的印像纸显出３个暗斑，试估算中间暗　

斑与两边暗斑的距离之比．　（３）若在此空问再加卜与电场方向垂直的匀强磁　场，一次使ａ射线不偏转，一次使８射线不偏转，则两　

次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？　

１　答案（１）了和ｐ；（２　；（３）　・　

例４铀核（　Ｕ）裂变生成钡（ｊ｛１　Ｂａ）和氪（器Ｋｒ）。　

已知它们的质量分别为２３５．０４３　９　ｕ、１４０．９１３　９　ｕ、　

９１．８９７　３　ｕ，中子的质量为１．００８　７　ｕ．　（１）写出裂变方程，并计算一个铀２３５裂变时放　

ｆｌ｛的能量．　（２）秦山核电站的功率为３×１Ｏ。ｋｗ，假设　Ｕ　

裂变的核能有一半转化为电能，核电站一年要消耗多　

少质量的豁　Ｕ？　

解析　（１）根据核反应遵守的质量数守恒和电荷　数守恒规律，可写出核反应方程为　

蛩　Ｕ＋３ｎ一　Ｂａ＋２；Ｋｒ＋３　ｎ，　反应中的质量亏损为　‘　

一　铀一　锄一　氪一２ｍ巾，　因１　ｕ对应的能量为９３１．５　ＭｅＶ，则反应释放的核能　

ＡＥ一△　９１３．５　ＭｅＶ。　代入数据得　ＡＥ　３．２×１Ｏ　Ｊ．　

（２）核电站一年得到的电能为Ｅ＝Ｐｔ，一年需消　

耗的核能为Ｆ　一詈，一年消耗的５ｉ。ｕ数目Ｎ一　，　

因１　ｕ＝＝＝１．６６０　７×１Ｏ　则一年消耗的　Ｕ质量　

＝＝＝Ｎ×　铀×１．６６０　６×１０　２７＝２３１　ｋｇ．　

（或求出一年消耗的　２ｚ３　Ｕ的物质的量为　一ｋ－　ｉ－，再由　』　Ａ　＝＝＝　×Ｍ也可得解，Ｍ为摩尔质量）　

典型练习　一个电子和一个正电子相碰发生湮灭　

现象，产生２个频率相同的光子，设电子和正电子质量　

都为　，碰前速度都为　，求光子的波长（已知普朗克常　量为ｈ，真空中光速为ｃ）．　

ｎ，　答案　一　Ｌｎｃ・　

总结原子物理的知识点，可联系到高中物理的　

主干知识，能训练和培养解决问题的综合能力．解题　

中只要准确把握规则的解题程序，从书写核反应方程　到应用质能方程；从联系动量、能量定律到应用平抛、　

第 1 页 共 4 页 用双缝干涉实验测光的波长

㈠ 设计思想

本堂课主要利用光的干涉现象测量光的波长。通过本实验，我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干涉现象的条件，观察白光及单色光的干涉图样，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。

㈡ 教学目标

1．知识目标：

⑴知道波长是光的重要参数

⑵通过实验，学会运用光的干涉测定光的波长

⑶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

⑷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。

㈢ 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。

㈣ 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 第 2 页 共 4 页 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5cm~10cm，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）。