2017-2018学年人教版选修3-4 第十三章 4实验：用双缝干涉测量光的波长 作业5

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。

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）。

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）。

第4节实验：用双缝干涉测量光的波长1．(多选)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏。

下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是()A．增大③和④之间的距离B．增大④和⑤之间的距离C．已知λ绿<λ红，将绿色滤光片改成红色滤光片D．增大双缝之间的距离答案BC解析光屏上相邻两条亮纹之间距离Δx＝ldλ，④和⑤之间的距离等于l，增大④和⑤之间的距离可增大相邻两条亮纹之间距离，B正确；将绿色滤光片改成红色滤光片，增大了入射光的波长，相邻两条亮纹之间距离增大，C正确；增大双缝之间的距离d，相邻两条亮纹之间距离减小，D错误；增大③和④之间的距离，不会改变相邻两条亮纹之间的距离，A错误。

2．(多选)某同学在做双缝干涉实验时，安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于()A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大B．滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度C．单缝与双缝不平行D．光源发出的光束太强答案AC解析安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝的中心要在同一高度，且在遮光筒的轴线上，单缝与双缝要互相平行才能使实验成功。

当然还要使光源发出的光束不能太暗，A、C正确。

3．在双缝干涉实验中，一钠灯发出波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m 的屏上形成干涉图样。

观察和测量图样上相邻两亮条纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距应为()A．2.06×10－7 m B．2.06×10－4 mC．1.68×10－4 m D．1.68×10－3 m答案 C解析在双缝干涉实验中，相邻亮条纹间距Δx、双缝间距d与双缝到屏的距离l间的关系为Δx＝ldλ，则双缝间距d＝lλΔx＝1.00×589×10－90.350×10－2m≈1.68×10－4m。

实验：用双缝干涉测量光的波长【教学目标】（一）物理观念1.了解实验装置，知道实验原理及需要测量的物理量；2.掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式；3.知道测量头的使用方法及滤光片和遮光筒的作用，理解实验中为了满足干涉条件采用的方法；4.知道获得理想干涉条纹的实验操作要求。

（二）科学思维1.会用控制变量法分别研究光的颜色、双缝距离及双缝到光屏的距离等与条纹间距的关系；2.会用累积法减少实验中的偶然误差。

（三）科学探究1.培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力；2.经历实验过程，体会条纹间距测量时的实验方法及注意点；3.会根据实验原理独立设计实验数据记录表并记录数据，进一步提升学生的科学探究意识；4.会根据给出的波长表达式计算不同颜色光的波长。

（四）科学态度与责任1.经历科学探究与知识建构过程，培养学生的科学研究态度和团队合作意识，体验探索科学的艰辛与喜悦；2.通过探究学习活动，懂得严谨科学态度的重要性，增强理论联系实际的自觉性。

3.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】双缝干涉测量单色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，定性分析，理论推导，实验探究。

【教学用具】激光笔（红绿）、光屏（白板）、学生实验配套仪器、多媒体设备、光传感器。

【教学过程】（一）复习引入1.光的干涉产生稳定的干涉图样的条件？两列光波频率相同、相位差恒定、振动方向一致。

2.明、暗条纹产生的条件？当屏上某点到两个狭缝的路程差△δ=2n·λ/2,n=0、1、2、3﹒﹒﹒时，出现明纹；当△δ=（2n+1）·λ/2,n=0、1、2、3﹒﹒﹒时，出现暗纹。

那么干涉条纹的间距又与哪些因素有关呢？（二）进行新课1．实验原理（1）定性探究通过实验演示，采用控制变量法探究与可能的影响因素之间的关系，定性得出结论。

（2）定量表达相邻两条明条纹间距Δx ，与入射光波长λ，双缝S 1、S 2间距d 及双缝与屏的距离L 有关，其关系式为：Δx =d L λ，只要测出L ，d ，Δx ，根据这一关系就可求出光波波长λ。

高中人教版物理课时13.4实验:用双缝干涉测量光的波长1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理,知道影响干涉条纹宽度的因素。

2.经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程,加深对双缝干涉图样的认识和理解,养成合作意识。

重点难点:利用双缝干涉测量光的波长实验,对相邻亮条纹中心间距公式的推导及应用。

教学建议:本节主要讲相邻亮(暗)条纹中心间距的表达式,并依据该式测定单色光的波长。

要注意相邻亮条纹中心间距公式的推导,相邻亮条纹距离实际上是其中心的距离。

尤其是要处理好两个方面的问题:一是推导过程中的两次近似处理,二是推导过程中出现的正负号的含义和k值的意义。

对于用双缝干涉测量光的波长的实验,要使学生先理解实验原理,通过思考与讨论,提出猜想,引导学生积极思考并最大限度地自主完成实验。

导入新课:你见过的最精密的尺子是什么?可能是千分尺。

千分尺的精度可以达到10-5 m,但光的波长比这个还要小得多,光的波长是怎样测量的呢?1.实验原理如图所示,设双缝S1、S2之间的距离为d,双缝到光屏的距离为l,入射光的波长为λ,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx,则在双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹中心间距的公式是①Δx=λ。

2.观察双缝干涉图样(1)双缝干涉的实验装置示意图如图所示(请写出各部分的名称)。

a.②光源、b.③滤光片、c.④单缝、d.⑤双缝。

(2)观察双缝干涉图样时,单缝和双缝要相互⑥平行,尽量使缝的中心位于遮光筒的⑦轴线上。

3.测定单色光的波长实验中用于测量干涉条纹间距的仪器叫测量头,其外形如图所示。

(1)测量头由⑧分划板、⑨目镜和手轮三部分构成。

(2)转动手轮,⑩分划板会左右移动,测量时从手轮上读取测量数据,手轮的使用与螺旋测微器类似。

1.当角θ很小时,用弧度表示的θ与其正切值、正弦值是什么关系?解答: 三者近似相等。

2.从公式Δx=λ得知,改变哪些条件便于测量?解答: 减小两缝间距d,增大缝到屏的距离l。

3 实验：用双缝干涉测量光的波长名师导航知识梳理1.实验装置及器材实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，如图13-3-1所示.图13-3-12.实验原理根据公式____________可计算波长，双缝间的距离d是已知的，双缝到屏的距离l可以用米尺测出，相邻两条亮（暗）纹间的距离Δx用测量头（如图13-3-2所示）测出.图13-3-23.实验步骤（1）测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹_________（如图13-3-3所示），记下此时手轮上的读数.图13-3-3（2）转动测量头，使分划板中心刻度____________，记下此时手轮上的读数.（3）两次____________就表示这两条纹间的距离.（4）测出n 条亮（暗）纹间的距离a ，则相邻两条亮（暗）纹间的距离Δx=__________.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，并求出相应的波长.（5）由公式Δx=d l λ，得λ=.)1(ln ad （6）重复上述实验步骤，求出x 的平均值.知识导学在学习本节内容以前，我们已经学过了双缝干涉的理论知识，所以要对理论知识进行复习巩固，同时预习实验内容，明确实验目的和实验原理，知道所需要的实验仪器及仪器在使用时的先后顺序.在实验过程中要注意操作步骤的先后顺序及可能会造成实验误差的细小枝节，确保实验结果的准确性.在本节的实验中，由于Δx 、l 对实验结果的影响较大，l 用毫米刻度尺来测量，Δx 用测量头来测量，直接测量会有较大的误差，通常用测n 条的间距a ，再推测出相邻条纹的间距Δx=a/(n-1) ,也可以通过多次测量求平均值的方法来减小实验的误差.疑难突破本实验的注意事项剖析：（1）双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，要轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件.（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等会沾染灰尘，应该用擦镜纸轻轻擦拭，不要用其他物品擦拭或用口吹气除尘.（3）要注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心线上，并使单缝、双缝平行且竖直.（4）光源最好为线状长丝灯泡，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或不均匀的情况，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.（6）测量条纹间隔的方法两条相邻明（暗）条纹间的距离Δx1用测量头测量（由分划板、目镜、手轮等构成，如图13-3-4所示），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准条纹的中心（如图13-3-5所示），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纹间的距离，即Δx=|a1-a2|.图13-3-4图13-3-5Δx 很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明条纹间的距离a，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离，Δx=a/(n-1).典题精讲。