/ 7 1 13.4 实验：用双缝干涉测量光的波长
【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】
x、L、d、λ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Δ=2n·2，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1）
2，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］
/ 7 2 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l>>d，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-2d）2
师：r2呢？
生：r22=l2+（x+2d）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l>>d，且l>>x，所以r1+r2≈2l，这样就好办了，r2-r1=Δr=ldx
师：请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系。Δr与波长有联系吗？
生：有。
师：好，当Δr=2n·2，n=0、1、2…时，出现亮纹。
4 实验：用双缝干涉测量光的波长
[学习目标] 1.掌握双缝干涉条纹间距的计算公式及推导过程.2.掌握用双缝干涉测波长的原理、操作、器材及注意事项，3.会利用双缝干涉实验测量单色光的波长，加深对双缝干涉的理解．
一、双缝干涉条纹间距的计算
[导学探究] 如图1所示，两缝间的距离为d，两缝连线中点为O，两缝连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l，屏上有一点P到两缝的距离为r1和r2，用波长为λ的激光照射双缝．
若屏上P点是中央亮条纹上侧第k条亮纹，P点到P0点的距离满足什么条件？请阅读课本相关内容，参照下图，写出推导过程．
图1
答案 x＝kldλ.推导过程：Δr＝r2－r1＝kλ≈dsin θ，x＝ltan θ≈lsin θ，可得x＝kldλ.
[知识梳理] 双缝干涉条纹间距的决定因素及关系式
1．决定双缝干涉条纹间距的关系式推导
如图1所示，Δr＝r2－r1＝dsin θ，x＝ltan θ≈lsin θ，消去sin θ可得r2－r1＝dxl.又因为满足条件r2－r1＝±kλ是亮条纹，故得x＝±kldλ，相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距为：
Δx＝ldλ.
2．若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮条纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝dΔxl.
[即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)使用同一双缝实验装置做实验，亮条纹间距与光波波长成正比．(×)
(2)根据λ＝dΔxl，用同一种色光做双缝干涉实验，光波波长随双缝间距的增大而增大．(×)
(3)单色光的双缝干涉条纹是等间距明暗相间的条纹．(√)
二、实验：用双缝干涉测量光的波长
1．实验器材
双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头．另外还要有学生电源和导线等．
2．实验步骤
(1)按如图2所示安装仪器．
图2
(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心都调节在遮光筒的中心轴线上．
1 杨氏双缝干涉实验报告
一 实验目的：通过杨氏双缝干涉实验求出钠光的波长。
二 实验器材：钠光灯，双缝，延伸架测微目镜，3个二维平移底座，2个升降调节座, 透镜L1,二维架，可调狭缝S，透镜架，透镜L2,双棱镜调节架.
三 实验原理：波在某点的强度是波在该点所引起的振动的强度，因此正比于振幅的平方。如果两波在P点引起的振动方向沿着同一直线。那么，根据△φ=2π/λδ=2π/（r2-r1）=k（r2-r1）k为波数。则对应2πj即r2-r1=2jλ/2(j=0,±1,±2…)（1—14）差按等于λ/2的整数倍，两波叠加后的强度为最大值，而对应于△φ=(2j+1) λ\2(j=0,±1,±2…)
（1—15）式那些点，光程差等于λ/2的奇数倍，称为干涉相消。如果两波从s1,s2向一切方向传播，则强度相同的空间各点的几何位置。满足 r2-r1=常量， r2-r1≈s2s1=d满足下列条件的各点，光强为最大值r2-r1≈ d=jλ考虑到r<
r0λ/ d
四 实验步骤:1使钠光通过透镜L1汇聚到狭缝上,用透镜L2将S成像于测微目镜分划板M上,然后将双缝D置于L2近旁.在调节好S,D和M的刻线平行,并适当调窄S之后,目镜视场出现便于观察的杨氏条纹.
2 用测微目镜测量干涉条纹的间距△x,用米尺测量双缝的间距d,根据△x=roλ/ d计算钠光的波长.
五 实验数据记录与处理:
干涉条纹位置
X1（mm）左 干涉条纹位置
X2(mm)右 干涉条纹间距△x(mm)
△x=X2-x1／n(mm)
4+9.8×0.01 4+63.0×0.01 0.266
5+6.0×0.01 5+31.9×0.01 0.259
干涉条纹位置
X1（mm）左 干涉条纹位置
X2(mm)右 干涉条纹间距△x(mm)
△x=X2-x1／n(mm)
4+26.3×0.01 4+50.6×0.01 0.243
3+26.2×0.01 3+75.1×0.01 0.2445
让更多的孩子得到更好的教育
第 页 共4页 1 实验：用双缝测光的波长
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
图—1 双缝干涉仪 让更多的孩子得到更好的教育
第 页 共4页 2 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）。
